En la tesis doctoral Sobre la múltiple significación del ente en Aristóteles [Von der mannigfachen Bedeutung des Seienden nach Aristoteles], (Friburgo, Herder, 1862), dedicada a su maestro Bolzano, reconstruyó la doctrina de las cuatro determinaciones básicas del ente.

Se ordenó sacerdote católico en 1864, pero cuando el Concilio Vaticano I (1870) declaró la infalibilidad papal como dogma, abandonó los hábitos y contrajo matrimonio en Leipzig.

En Viena publicó su obra más relevante: Psicología desde el punto de vista empírico.

Brentano investigó las cuestiones metafísicas mediante un análisis lógico-lingüístico, con lo que se distinguió tanto de los empiristas ingleses como del kantismo académico.

Brentano concluía que la mente se compone de actos mentales que se dirigen a objetos con significados externos a la mente misma, no siendo una situación compleja de agregados mentales formados por elementos sensoriales.