费希纳因其心理物理学而著名于世。心理学史家D．舒尔茨写道：" 185O年1O月22日早晨，心理学史上的一个重要日子，费希纳忽然领晤到心与身之间的联系法则可以用物质与心理感觉之间的数量关系来说明"。两者之间的关系可以用一个方程式来表示：S=KlogR。这里S是感觉量，R是量，K是常数。这是一种对数关系，因为感觉量是以算术级数增加，而量则是按几何级数增加。强度的增加不会产生感觉强度的相应增加。例如，在1个正在响着的铃声上增加1贝尔，其所引起的感觉强度的增加量要大。因此，对于当时已经存在的感觉量来说，强度的效果不是绝对的，而是相对的。

　　19世纪初，I.康德曾预言，心理学决不可能成为科学，因为它不可能通过实验测量心理过程。由于费希纳的成果，科学家才第一次能够测量精神。然而，正如费希纳自己所说，当时E.韦伯也在莱比锡大学，而且在4年前就写了有关于这方面的材料。而费希纳直到开始进行一系列设计好的实验来检验自己的假设之后，才发现了韦伯的研究成果。那时费希纳才知道，他的原理实质上早已为韦伯的研究结果证明了，他只是对心理与物理的关系赋予了数学的形式而已。后来，W．冯特利用这些最初的创造性成就，把它们组织和综合成为心理学的基础。

　　费希纳忽然领悟的直接结果导致了他后来称之为心理物理学的研究计划。他使心理物理学的三个基本方法系统化。这三个基本方法是：（1）均差法。均差法假定，我们的感官是有变化性的，因此不能得到一个"真实的"测量值。于是我们取得大量的近似值，这些近似值的平均数是唯一的最佳近似值，所以就把这个平均数作为真值。例如，让被试调节一个可变，直到觉得它与常定标准相等。在多次试验中，标准与被试所定的可变之间的差数的平均值代表被试的观察误差。这个技术在测定反应时、视觉和听觉辨别以及错觉范围方面是有用的。对于现代心理学的许多研究来说，这个方法依然是基本的方法。我们每次计算平均数时，实际上都在使用均差法。（2）常定法。该法的目的是测定两个常定间的差异，而这种差异是做出"正确"判断的一定比例所需要的。例如，被试先掂1OO克的标准重物，然后掂比较重物，譬如88、92、96、1O4或108克的重物。他要判断出第二个重物比第一个重物是重些、轻些还是相等。这个步骤一直延续到能对每种比较作出一定数量的判断为止。对于较重的重物，被试几乎常常作出"较重"的判断，而对最轻的重物则几乎常常作出"较轻"的判断。根据这些数据把差异（标准重物对比较重物）确定在这一点上，即有75％次被试能正确地作出"较重"判断的那一点上。这个基本方法的许多变式为测定感觉阈限提供了有用的技术。（3）极限法。该法是呈现两个，增加或减弱其中之一，直到被试报告他觉察出有差异。费希纳介绍说，开始时首先使可变在强度上明显地高于标准，下一次则明显地低于标准。从多次这样的试验中获得了许多数据，计算出最小觉察的平均数作为所要确定的差别阈限。可以用递增或递减强度的方法来呈现单一的，这种变式常被用来确定绝对阈限。

　　费希纳于186O年出版《心理物理学纲要》一书。该书被认为是对心理学的科学发展具有创造性的贡献之一。后来，把心理物理学发展成为实验心理学的W.冯特承认这部著作对他工作的重要性。H.艾宾浩斯也是从这部著作中受到启发，把数学方法用于记忆和学习领域，从而作出了巨大的贡献。