Возвратившись на родину, 29-летний Гален в продолжение 4 лет был врачом-хирургом при школе гладиаторов и прославился своим искусством лечения ранений, вывихов и переломов. Когда в 164 г. в городе вспыхнуло восстание, Гален отправился в Рим, где вскоре стал популярен как образованный лектор и опытный врач. Он был известен императору Марку Аврелию, сблизился с философом-перипатетиком Евдемом. Римский патриций Бэций вместе с друзьями Галена настоял на открытии курса лекций по анатомии, и Гален читал их в Храме Мира при обширной аудитории врачей и интересующихся наукой граждан. Среди слушателей были дядя императора Барбар, консул Люций Север, ставший потом императором, преторы, ученые, философы.
Император Марк Аврелий вызвал Галена в свой военный лагерь в городе Аквилее на берегу Адриатического моря. Спустя несколько лет Гален стал его домашним врачом. По протекции Марка Аврелия Гален был назначен врачом его сына, будущего римского императора Коммода (161–192). Умер он ок. 199 г. в царствование Септимия Севера.
Галена с полным на то основанием можно назвать создателем этиологии как науки, поскольку он систематизировал учение о причинах болезней своего времени. Он разделял болезнетворные факторы на ingesta (наносные), circumfusa (твердые, механические), excreta (жидкие, обливающие), вызывающие рост и др. Он впервые указал, что болезнь развивается от воздействия причинных факторов на соответствующее предрасполагающее состояние организма больного. Внутренние болезнетворные факторы Гален называл «приготовляющими» организм для развития болезни. Гален разделял болезни на внешние и внутренние, их причины – на причины непосредственного и отдаленного действия. Он показал, что анатомия и физиология – основа научной диагностики, лечения и профилактики.
Впервые в истории медицины Гален ввел в практику эксперимент, и поэтому его можно считать одним из предшественников экспериментальной физиологии. Изучая в эксперименте функцию легких и механизм дыхания, он установил, что диафрагма и грудные мышцы расширяют грудную клетку, втягивая воздух в легкие. Гален много писал о функциях отдельных органов. Некоторые его взгляды, например, на кровообращение, пищеварительную и дыхательную систему были ошибочны. Он описал многие подробности строения человеческого тела, дал названия некоторым костям, суставам и мускулам, сохранившиеся в медицине до настоящего времени.
Гален ввёл в медицину вивисекцию, эксперименты на животных, впервые разработал методику вскрытия мозга. Опыты производились на свиньях, коровах и др. Особо надо подчеркнуть, что Гален никогда не делал вскрытий человеческого трупа, все его анатомические представления были выстроены по аналогии со строением тела животных. Он исходил из слов своего кумира Аристотеля: «Многое неизвестно или вызывает сомнение в строении внутренних органов человека, поэтому необходимо их изучать у других животных, органы которых сходны с человеческими». Занимаясь лечением гладиаторов, Гален смог существенно расширить свои анатомические познания, которые в целом грешили множеством ошибок.
Гален одним из первых экспериментально установил отсутствие боли при рассечении мозгового вещества. Он изучал вены головного мозга и подробно описал носящую его имя нижнюю полую вену, которая собирает кровь от нижних конечностей, стенок и органов таза, от стенок брюшной полости, от диафрагмы, некоторых органов брюшной полости (печени, почек, надпочечников), от половых желез, спинного мозга и его оболочек (частично).
Гален внес вклад в описание нервной системы человека, указав, что она представляет собой ветвистый ствол, каждая из ветвей которого живет самостоятельной жизнью. Нервы построены из того же вещества, что и мозг. Они служат ощущению и движению. Галеном различались чувствительные, «мягкие» нервы, идущие к органам, и связанные с мышцами «твердые» нервы, посредством которых выполняются произвольные движения. Он указал на зрительный нерв и установил, что нерв этот переходит в сетчатку глаза.
Органами души Гален считал мозг, сердце и печень. Каждому из них приписывалась одна из психических функций соответственно разделению частей души, предложенному Платоном: печень – носитель вожделений, сердце – гнева и мужества, мозг – разума. В мозге главная роль отводилась желудочкам, в особенности заднему, где, по Галену, производится высший вид пневмы, соответствующий разуму, который является существенным признаком человека, подобно тому, как локомоция (имеющая свою «душу», или пневму) типична для животных, а рост (опять-таки предполагающий особую пневму) – для растений. Гален много внимания посвятил гипотетической «пневме», которая будто бы проникает в материю и оживляет организм человека. Дальнейшее развитие получило у Галена учение о темпераментах.