Charcot est largement reconnu pour avoir fondé la neurologie en tant que discipline médicale distincte. Il a systématiquement décrit et classifié diverses maladies neurologiques, y compris la sclérose en plaques, la maladie de Parkinson (qu'il appelait "paralysie agitante") et l'amyotrophie spinale progressive. Son approche rigoureuse combinait des observations cliniques détaillées avec des autopsies, ce qui lui permettait de corréler les symptômes cliniques avec les lésions anatomiques.
L'un des domaines les plus controversés et les plus influents des travaux de Charcot est son étude de l'hystérie. Il a démontré que l'hystérie était une maladie neurologique réelle et non une simple simulation ou une maladie psychique purement féminine, comme on le croyait souvent à l'époque. Utilisant l'hypnose comme outil diagnostic et thérapeutique, Charcot a montré que les symptômes hystériques pouvaient être induits et modifiés par l'hypnose, suggérant une base neurologique pour ces manifestations.
Sous la direction de Charcot, la Salpêtrière est devenue un centre de recherche de premier plan pour les maladies neurologiques. Il a attiré de nombreux étudiants et chercheurs du monde entier, dont Sigmund Freud et Pierre Janet, qui ont été profondément influencés par son travail. Les célèbres leçons du mardi, où Charcot démontrait ses découvertes devant un public de médecins et d'étudiants, sont restées légendaires.