Начать разговор о научных достижениях А.А. Ухтомского лучше всего с его слов: «Относительно религии надо сказать, что ею улавливается одна из сторон действительности, недоступных до сих пор научному настроению». Ухтомскому-физиологу помог Ухтомский-богослов понять непостижимую другими учеными связь психоанализа с физиологической теорией поведения человека. А еще подсказал Ухтомский-поэт: «В духовной жизни много поразительно непонятного, переходы душевных состояний, неуловимые для рефлексирующего разума, но лишь понятные для поэтического духа… Понятно, насколько завлекательно в научных целях принять все это бесконечное разнообразие феноменов – за прямую функцию материальной жизни».
Результаты первых экспериментов ученого по вопросу о доминанте можно найти в его докторской диссертации «О зависимости кортикальных двигательных эффектов от побочных центральных влияний» (1911).
Полностью теорию Ухтомский изложил в фундаментальном труде «Доминанта как рабочий принцип нервных центров» (1923). Позднее дополнил его учением об усвоении ритма – «Усвоение ритма в свете учения о парабиозе» (1926). В 1928 г. увидела свет книга «Психоанализ и физиологическая теория поведения», в которой ученый увязал психоанализ с физиологией нервной системы. Свои теории Ухтомский распространил на природу утомления – «Возбуждение, утомление, торможение. Современное состояние проблемы утомления» (1934).
В конце 1930-х гг. ученый стал исследовать проблему нарушения у биологических систем биологического равновесия. Главный вывод физиолога заключался в том, что при восстановлении равновесия системы могут приходить в зависимости от скорости этого восстановления либо к старому равновесию, либо репродуцировать новое.
В основу принципа доминанты легли многочисленные эксперименты, которые Ухтомский, как и И.П. Павлов, проводил на собаках, о влиянии внешних раздражений на рецепторы организма в соответствующих частях центральной нервной системы. Рассматривая стойкий очаг возбуждения (доминанту), определяющий поведение организма в данный момент, ученый изучал одновременное побочное влияние этого очага на рецепторное торможение во всех прочих частях нервной системы, выяснял, как происходит блокирование выполнения всех других рефлекторных реакций.