En sus estudios describe la forma en que la dopamina se distribuye en las distintas regiones del cerebro, sobre todo en los ganglios basales y su relación con el movimiento.

La educación de Carlsson estuvo interrumpida varios años para realizar el servicio en las fuerzas armadas suecas.

En 1957 Kathleen Montagu tuvo éxito al demostrar la presencia de dopamina en el cerebro humano.

Más tarde en ese mismo año, Carlsson también demostró que la dopamina era un neurotransmisor cerebral y no solo el precursor de la norepinefrina.

Encontró que los niveles de la dopamina en los ganglios basales, una área cerebral importante para el movimiento, era muy alta.