Santiago Ramón y Cajal zíakal v roku 1906 spolu s Camillom Golgim Nobelovu cenu za práce o štruktúre nervovej sústavy. Aj napriek tomu, že koncom 19. storočia sa zistilo, že u človeka a vyšších stavovcov sa nervová sústava skladá z centrálnej nervovej sústavy, ktorá vychádza z mozgu a zaisťuje najmä vedomé podnety a z menej centralizovanej sympatickej a parasympatickej sústavy, ktorá podmieňuje významné, ale nevedomé pohyby a sekréciu vnútorných orgánov, nebol ešte začiatkom 20. storočia známy spôsob prenosu a integrácie nervových signálov. Aby bolo možné rozriešiť tento problém, bolo potrebné najskôr poznať štruktúru nervovej sústavy. O vyriešenie tohoto problému, okrem iných vedcov, sa najviac pričinil španielsky lekár a histológ Santiago Ramón y Cajal. 

Svojimi prácami o histologickej stavbe nervovej sústavy sa Ramón y Cajal preslávil na celom svete. Napísal mnoho prác o histológii a mikrografickej technike, patológii a anatómii nervového centra. Stredom jeho záujmu bola mikroštruktúra nervovej sústavy, najmä jej mozgová a miechová časť. Skúmal však i nervovú sústavu svalov a iných tkanív. V týchto prácach Ramón y Cajal popísal mnoho elementov rôznych častí nervovej sústavy. Objasnil ich vzájomné vzťahy, hlavne funkciu nervovej bunky, t.j. neurónu, v procesoch, ktoré sa odohrávajú v tejto sústave. Zaoberal sa problémami stavby mozgovej kôry u detí, embryonálnou histogenézou, procesmi degenerácie a regenerácie nervovej sústavy stavovcov ako aj problémami zrakových orgánov niektorých bezstavovcov. Rozpracoval rad špeciálnych neurohistologických metód. 

Štruktúra periférnej nervovej sústavy je omnoho jednoduchšia ako štruktúra sústavy mozgovej a miechovej. Ramón y Cajal vysvetlil mnoho dejov práve v mikroštruktúre mozgovej a miechovej sústavy. Rozvinul Golgim objavené impregnačné farbenie nervového tkaniva a objavil tzv. Cajalove bunky. Výsledky jeho vedeckej práce sa stali základom nových výskumov mozgu.