Obtuvo el premio de la facultad por un trabajo que realizó sobre la respiración del feto, y llegó a doctorarse cuando contaba 23 años, en 1824.
Además propuso la ley de las energías nerviosas específicas, que establece que cada sistema sensorial responderá del mismo modo ante la llegada de un estímulo, siendo esta respuesta específica del órgano sensorial en cuestión.
La parte más importante de este trabajo estaba dedicada a la acción nerviosa y los mecanismos sensitivos.
De este modo, la luz, la presión o la estimulación mecánica que actúan sobre la retina y el nervio óptico producen invariablemente impresiones luminosas.
Müller fue un gran defensor de la teoría vertebral del cráneo, apoyándose en sus observaciones embriológicas.
Su enseñanza ejercerá una gran influencia sobre numerosos científicos célebres como Hermann von Helmholtz (1821-1894), Emil du Bois-Reymond (1818-1896), Theodor Schwann (1810-1882), Friedrich Gustav Jakob Henle (1809-1885) o Carl Ludwig (1816-1895) La abreviatura Müller se emplea para indicar a Johannes Peter Müller como autoridad en la descripción y taxonomía en zoología.