Stensens evner som lege og anatom ble klart allerede mens han var ung mann. Han gjorde inntrykk med sine dissekeringer av hesteøyner, noe han av og til gjorde under selskaper blant fint folk. Han oppdaget spyttkanalen fra parotidkjertelen, og denne kanalen bærer nå hans navn (Stenokanalen). Stensen undersøkte og beskrev for første gang tåre- og spyttkjertlene, og redegjorde for forskjellen mellom kjertler og lymfeknuter. Han studerte muskelsystemet og muskelsammentrekninger, og benyttet seg av geometri for å vise at muskelsammentrekningene endret muskelens form, men ikke dens volum.