Parece que al principio no tuvo clara la orientación de sus estudios, pues fue primero estudiante del renombrado historiador eclesiástico August Neander, más tarde se inclinó hacia la geología y finalmente empezó a estudiar medicina con tal entusiasmo y éxito que atrajo la atención de Johannes Peter Müller (1801–1858), un conocido profesor de anatomía y fisiología.
Había, para cuando el joven du Bois-Reymond asistió a sus conferencias, publicado sus Elementos de Fisiología, en los que figura la siguiente afirmación:"Aunque parece haber algo en los fenómenos de los seres vivos que no puede ser explicado por las leyes mecánicas, físicas o químicas ordinarias, mucho puede aun así explicarse, y podemos sin miedo llevar estas explicaciones tan lejos como podamos, siempre y cuando nos mantengamos en el sólido terreno de la observación y el experimento."
Los resultados de estas investigaciones se dieron a conocer en parte en artículos enviados a revistas científicas, pero también y principalmente por su trabajo Investigaciones sobre la Electricidad Animal, la primera parte del cual fue publicado en 1848 y la última en 1884.
Su teoría fue pronto criticada por varios fisiólogos contemporáneos como Ludimar Hermann, quien sostuvo que un tejido vivo intacto, como por ejemplo un músculo, no está sujeto a corrientes eléctricas siempre y cuando esté en reposo, siendo esencialmente isoeléctrico, y no necesita por tanto suponerse que está compuesto de moléculas eléctricas, siendo todos los fenómenos eléctricos que manifiesta debidos a los cambios moleculares internos asociados con la actividad o el daño.
Durante 1880 du Bois-Reymond pronunció un conocido discurso ante la Academia Ciencias de Berlín definiendo siete "enigmas del mundo" que consideraba "trascendentales", algunos de los cuales, declaró, ni la ciencia ni la filosofía podrían nunca explicar.