Врач, естествоиспытатель, основоположник научной школы русских физиологов, член-корреспондент (1869 г.), почетный член (1904 г.) Петербургской АН.

Окончил медицинский факультет Московского университета (1856). Заведовал кафедрами физиологии МХА (с 1860), Новороссийского университета в Одессе (с 1870 г.), Петербургского (1876-1888 гг.) и Московского (1891-1901 гг.) университетов.

В классическом труде «Рефлексы головного мозга» (1866 г.) обосновал рефлекторную природу сознательной и бессознательной деятельности, показав, что в основе психических явлений лежат физиологические процессы, которые могут быть изучены объективными методами.

Крупнейшим экспериментальным достижением Сеченова явилось открытие центрального торможения, с помощью которого Сеченов объяснял произвольное поведение человека. Установил роль ритмических биоэлектрических процессов в центральной нервной системе, исследовал дыхательную функцию крови, влияние обмена веществ на процесс возбуждения.

Заложил основы физиологии труда, возрастной, сравнительной и эволюционной физиологии. Среди многочисленных учеников Сеченова -А. Ф. Самойлов, М.Н. Шатерников.