Høsten 1885 ble Nansen ferdig med sin første avhandling, . I 1886 fulgte avhandlingen , som var et forarbeid til hans doktoravhandling . Avhandlingen var et viktig bidrag til den begynnende nevrovitenskapen, og ringvirkningene fra dette arbeidet er kanskje hans største bidrag til menneskeheten. Nansen var med å utforme nevronteorien, som hans kollega Santiago Ramón y Cajal fikk nobelprisen for i 1906. Teorien om hvordan nerveceller kommuniserer med hverandre og danner nevrale nettverk har vært grunnleggende i forståelsen av hvordan hjernen virker. Ifølge professor Albert Gjedde burde Nansen delt prisen med Forel og Cajal.