Aristoteles hegt zwar falsche Ansichten über das Gehirn, diese aber erweisen sich als einflussreich. Aus der Sektion von geschlachteten Tieren schließt der griechische Philosoph, das Gehirn sei der »blutloseste« und »kälteste« Körperteil und diene vor allem der Kühlung. Das Denken und die Seele dagegen verortet er im Herzen. Diese Theorie wirkt noch 2300 Jahre später nach: Bis heute nehmen wir uns Dinge »zu Herzen« und nicht »zu Hirn«.
Mit flüssigem Wachs erkundet Leonardo da Vinci um 1500 das Schädelinnere: Er füllt heißes Wachs in die Gehirne von Toten, lässt es erstarren und öffnet dann den Schädel. Seine Wachsabdrücke zeigen ein vielfältig verästeltes, aber zusammenhängendes Gebilde. Damit widerlegt da Vinci die zuvor gültige »Ventrikeltheorie«, derzufolge das Gehirn aus streng voneinander getrennten Kammern besteht.
Tinte und Farbstoffe injiziert Thomas Willis im 17. Jahrhundert in die Arterien des Gehirns, um die Zirkulation des Blutes zu erforschen.
Außerdem treibt er Nägel in die Schädelkalotte von Tieren und beobachtet, wie die armen Kreaturen krampfen, zittern und verenden. In seinem Werk Cerebri anatome interpretiert Willis erstmals die Hirnsubstanz als Sitz höherer geistiger Funktionen und stellt zugleich fest, dass sich die Nervensysteme von Mensch und Tier kaum unterscheiden.
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