På bakgrunn av hans arbeid med Starlingbalansen, ble Starling utnevnt som medlem av Royal Society i 1899. Samme år, i en alder av 32, ble han professor ved University College London. Starling og Bayliss fortsatte med forskningen, og fokuserte nå på innervasjon og bevegelse i tynntarmen; de ble de første til å beskrive peristaltiske bevegelser i tarmen. I 1901 og 1902 reproduserte duoen Ivan Pavlovs Nobelprisvinnende eksperimenter på tarmsystemet, og oppdaget samtidig et stoff produsert i tolvfingertarmen som påvirket sekresjonen av bukspytt fra bukspyttkjertelen. Stoffet, som Starling kalte sekretin, var i realiteten det første hormonet som var blitt oppdaget – og Starling gav selv opphav til begrepet tre år senere.