En tant que chirurgien, Henri Laborit s'intéresse à la qualité de l'anesthésie et plus particulièrement à la neuroleptanalgésie, ce qui le conduit à deux premières grandes découvertes :
- de 1950 à 1952, il met au point la technique de l'hibernation artificielle, qui va révolutionner la chirurgie.
- en 1951, il introduit la 4560 RP chlorpromazine, le premier neuroleptique au monde. Cette molécule, commercialisée sous le nom de Largactil, est utilisé dans le traitement de la schizophrénie.
Il s'oriente par la suite vers l'étude des mécanismes liés au stress. En 1958, il crée le laboratoire d’eutonologie . Il y travaille avec son équipe à l’hôpital Boucicaut et en est le directeur jusqu'à sa mort.
En même temps, il dirige la revue Agressologie jusqu'en 1983.
Il donne sa vraie importance à la névroglie ou ensemble de cellules gliales, et aux radicaux libres, bien avant leur irruption dans la presse radio-télévisée et même dans la presse scientifique. Il est également le premier à synthétiser le GHB au début des années 1960.
En 1968, il publie son premier ouvrage de vulgarisation, Biologie et structure . Il écrit par la suite une trentaine d'œuvres dédiées à la philosophie scientifique et à la nature humaine.
De 1978 à 1983, il est professeur invité de bio-psycho-sociologie à l’Université de Québec, où il donne des cours en alternance avec son adjoint le Dr Bernard Weber, physiologiste et collaborateur au CEPEBPE, son laboratoire à Boucicaut.
En 1989, il accepte la présidence de l'Institut de Psychosomatique de Turin. La même année et jusqu'en 1992, il occupe une chaire de professeur à l'Université Européenne de Lugano en Suisse Italienne.
Henri Laborit est aussi l'un des pionniers de la théorie de la complexité et de l'auto-organisation du vivant par l'introduction de la cybernétique et de la systémique et sa participation au Groupe des dix.