Иван Михайлович Сеченов родился 1(13) августа 1829 г. в селе Теплый Стан Курмышского уезда Симбирской губернии в дворянской семье. Его отец, Михаил Алексеевич, когда-то был военным и служил в Преображенском гвардейском полку. Начальное образование мальчик получил дома, потому что после смерти отца значительно ухудшился семейный доход и мать не смогла оплачивать его обучение.
В 1843 г. Сеченов поехал в Петербург. Решив пойти по стопам отца, он поступил в Главное инженерное училище. Однако военным инженером он не стал, поскольку у него вышел конфликт с руководством учебного заведения. Иван не был допущен в старший класс и окончил училище в 1848 г. в чине прапорщика, после чего его направили в обычный саперный батальон в Киеве. Спустя два года, в 1850 г., Иван Сеченов решил, что быть военным – не его призвание, и подал в отставку. А в 1851 г., в 22 года, он сделал тот шаг, который привел его к славе ученого мирового уровня – поступил вольнослушателем на медицинский факультет Московского университета.
Иван Сеченов был одним из лучших студентов университета. Об этом говорит хотя бы тот факт, что в 1856 г., по окончании курса обучения, он сдавал не обычные для выпускников лекарские, а докторские экзамены. Из университета он вышел «в степени лекаря с отличием с предоставлением… права по защищении диссертации получить диплом на степень доктора медицины».
В том же году молодой врач отправился на свой счет за границу «с твердым намерением заниматься физиологией». Почти три с половиной года он провел в лабораториях крупнейших европейских ученых-физиологов. В Германии и Австрии Сеченов изучал биологию, физику и аналитическую химию. Его учителями были Гоппе-Зейлер и Дю-Буа Реймон в Берлине, Герман Гельмгольц в Гейдельберге, Карл Фридрих Людвиг в Вене. Здесь же он познакомился с «великими русскими» – С.П. Боткиным, Д.И. Менделеевым, А.П. Бородиным, А. Ивановым; здесь же было положено начало их тесной дружбе.
За границей Сеченов занялся докторской диссертацией та тему «Материалы к физиологии алкогольного опьянения». Он исследовал изменения количества и распределения газов крови. Для опытов, которые ученый ставил на себе, он изобрел специальный прибор, который мог извлекать из крови растворенные в ней газы. Результаты работы были изложены в диссертации на степень доктора медицинских наук, которую Сеченов успешно защитил 8 марта 1860 г. в Медико-хирургической академии в Петербурге. В том же году Иван Михайлович был произведен в профессора этой академии, где он с марта стал читать курс «животного магнетизма», к которому осенью добавился систематический курс физиологии.
Еще в докторской диссертации Сеченов затронул тему рефлексов, центры которых лежат в головном мозге. Теперь же, будучи профессором академии, он продолжил исследования в этом направлении. В 1862 г. Сеченов снова выехал за границу, на этот раз в Париж, где в лаборатории К. Бернара занялся изучением влияния центров головного мозга на двигательную активность. Один из экспериментов вошел в историю науки как опыт «Белой дамы», названный так ученым в шутку в память об одноименной опере А. Буальдье, которую он слушал в тот день. В качестве «дамы» в эксперименте участвовала обыкновенная квакуша, подвешенная на штативе. Опыты на лягушках привели ученого к открытию феномена центрального торможения. Он доказал, что в головном мозге существуют особые механизмы, подавляющие или угнетающие рефлексы. Вся нервная деятельность и животного, и человека состоит из взаимодействия двух процессов – возбуждения и торможения. Это явление, которое получило название «сеченовского торможения», было описано им в 1863 г. за границей на французском и немецком языках.
В мае 1863 г. Иван Михайлович вернулся в Россию и по предложению Н.А. Некрасова, который являлся редактором литературного журнала «Современник», написал для очередного номера статью о проблемах естествознания под названием «Попытка ввести физиологические основы в психические процессы». Однако публикация не появилась. Статья была запрещена цензурой, которая усмотрела «предосудительность» в названии и «пропаганду материализма» в самом тексте. После долгих раздумий было разрешено опубликовать статью в научном журнале при некоторых условиях. Следовало, во-первых, сократить объем работы и, во-вторых, изменить название, с тем чтобы оно не раскрывало ее содержания. В том же году материалы были опубликованы в статье «Рефлексы головного мозга» в журнале «Медицинский вестник», а в 1866 г. статья вышла отдельной брошюрой.