Hans arbeid innenfor nervesystemets fysiologi fikk banebrytende betydning for utviklingen av nevrologien. Han er mest kjent for sin beskrivelse av et av de viktigste nevrologiske tegn – Babinskis tegn – en patologisk fotrefleks som er et klinisk tegn på skade i pyramidebanen i sentralnervesystemet. Han var også den første som beskrev anosognosi.