Разработчики принципов и методов медицинского отбора в отряд космонавтов исходили из данных, которыми располагали авиационные врачи при медицинском обследовании летчиков истребительной авиации, и данных физиологов, которые были получены в ходе полетов космических кораблей-спутников. Учитывалось, что в космическом полете человек будет находиться в необычных для него условиях. От старта до выхода корабля на орбиту организм человека будет подвергаться воздействию перегрузок, в несколько раз превышающих силу земного тяготения. После перехода на орбитальный полет эти перегрузки сменятся состоянием невесомости. Вывод корабля с орбиты и спуск ею на Землю будут также сопровождаться повышенными перегрузками на организм. Учитывались и другие факторы: космическое излучение, перепады барометрического давления, вибрации, значительные изменения температуры, необычный вид окружающего мира, ограниченное жизненное пространство внутри корабля и т.д.
Оставалось неизвестным, как комбинация факторов космического полета будет воздействовать на организм человека, как изменит его работоспособность. Полученные экспериментальные данные позволяли надеяться, что разработанные средства защиты и медико-биологического обеспечения космонавта не только сохранят ему жизнь, но и создадут условия для осуществления операторской деятельности.
Помимо тех, кто сразу заявил о своем отказе от стационарного обследования, 20 человек изменили свое решение уже в госпитале, хотя в день поступления в госпиталь они подтвердили свое согласие на медицинское освидетельствование. Эти отказы возникли преимущественно в первые дни стационарного обследования. Главной их причиной послужила боязнь быть отстраненным не только от нового вида деятельности, но и от лётной работы. Эти опасения возникли в связи с тем, что уже первые углублённые клинические обследования лётного состава, ранее признававшихся годными к лётной работе без ограничений, выявили различные отклонения от существовавших медицинских стандартов для диагноза «здоров». Это становилось известным другим кандидатам в космонавты, что для некоторых из них явилось причиной изменения мотивации к продолжению обследования. В результате последовали отказы от принятого ранее решения.
Гагарин успешно проходил все тесты и исследования. Проверяли глаза, сердце, лёгкие, делали рентген позвоночника — всё было в полном порядке. Главный хирург Советской армии Александр Александрович Вишневский дал Юрию Алексеевичу разрешение приступить к специальным тренировкам.
Во время вестибулярных проб на вращающемся кресле и специальных качелях у опытнейшего авиационного врача Ивана Ивановича Брянова проблем тоже не возникло — Гагарин и эти «издевательства над организмом» переносил стойко, неизменно показывая высокие результаты, свидетельствующие о пластичности приспособительных механизмов к самым разнообразным воздействиям — вибрации, перегрузкам, гипоксии.
На психологическом исследовании у Фёдора Дмитриевича Горбова и Константина Константиновича Иоселиани Гагарин был собран и строг, внимателен и сосредоточен. Он уже знал, что предстоит работать с таблицами, аппаратурой, психологическими тестами, ответить на множество вопросов, подвергнуть проверке память, сообразительность, быстроту интеллектуальной и эмоциональной реакций, находчивость, предприимчивость. Юрий Алексеевич действовал и отвечал на вопросы точно и безупречно, не позволяя внешним помехам влиять на качество его ответов.
В ходе психологических тестов выявилось особое умение Гагарина оценивать имеющееся в его распоряжении время и планировать свои действия, способность без лишних колебаний принимать решения при недостатке информации и времени. Психологи установили, что в стрессовых ситуациях и необычных условиях он хладнокровен, находчив, быстро оценивает обстановку, умело реагирует на внезапные изменения условий эксперимента.
Сохранилась краткая характеристика Константина Константиновича Иоселиани, данная им Гагарину: «... Эмоционально устойчив. В контакт вступает охотно... Выдержан, корректен, доброжелателен. Пользуется богатым словарным запасом и свободным стилем изложения. Не боится опасности, решителен, инициативен.»
Были и ещё более сложные тесты, такие, как антиортостатическая проба. Кандидатов привязывали к столу, сначала выдерживали 10 минут в горизонтальном положении, лаборантка снимала медицинские показатели. Затем переворачивали в вертикальное положение и держали 20 минут, также записывая показания давления, электрокардиограмму, биотоки мозга. Наконец, переворачивали вниз головой под 60 градусов, и снова записывали показатели организма.
Кандидатов в космонавты испытывали на вибростенде, проверяли в барокамере на переносимость гипоксии, вращали на центрифуге, проверяли память и способность сосредоточиться. Во время этих экспериментов врачи не только искали скрытую патологию или пониженную устойчивость организма к условиям космического полета, но и выясняли в целом, совместимость земного человека с космосом.