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자극과 그 감각 간의 양적 관계에 관심을 갖는 정신물리학의 기초를 세우는 데 핵심적인 역할을 했다.

페히너는 생물학을 배웠지만 수학과 물리학으로 전공을 바꾸고 직류 전류에 대한 연구논문 〈갈바니 연쇄의 질량 결정 Massbestimmungen über die galvanische Kette〉(1831)을 썼으며 1834년에 라이프치히대학교의 물리학교수로 임명되었다. 몇 년 후에는 건강이 나빠졌는데 그가 부분적으로 장님이 되고 빛을 고통스럽게 느끼게 된 것은 시각 잔상에 대한 연구를 하면서(1839~40) 태양을 지나치게 바라본 때문이었다.

1844년 대학에서 적절한 연금을 받으면서 그는 철학의 과학적 기초를 세우기 위해 철학연구에 깊숙이 파고들었다. 주로 독일의 철학자 요한 프리드리히 헤르바트의 영향을 받은 그는 우주영혼으로서 신이 존재하는 매우 물활론적 우주관을 가지게 되었다. 그는 정신물리학에 대한 자신의 계획을 포함하고 있는 저작 〈젠드 아베스타：하늘과 내세의 물(物)에 대하여 Zend-Avesta：oder über die Dinge des Himmels und des Jenseits〉(1851)에서 우주 의식에 대한 자신의 생각을 상세하게 논의했다.

〈정신물리학기초 Elemente der Psychophysik〉(2권, 1860)에서 그는 자신의 심리학에 대한 지속적인 중시경향을 확립했으며, 정신과 육체는 분리된 존재인 것처럼 보이지만 실은 하나의 실체의 서로 다른 측면일 뿐이라고 주장했다. 그는 또한 지금도 실험심리학에서 사용되는 자극의 물리적 크기로 감각을 측정하기 위한 실험절차를 개발했다. 더욱 중요한 것은 앞서 에른스트 하인리히 베버가 제안한 최소 가지 차이에 대한 이론을 방정식으로 표현할 수 있는 방법을 고안한 점이다. 이 이론은 2개의 자극(예를 들어 2개의 무게)이 인식할 수 있는 최소 차이만을 가지고 있을 경우의 감각적 변별능력에 관한 이론이다. 그렇지만 후일의 연구를 통해 페히너의 방정식은 중간 범위의 자극강도 내에서만 적용가능하며, 그것도 단지 대략적으로만 타당하다는 점이 드러났다.

1864년경부터 그는 실험미학에 깊이 빠졌으며, 실제의 측정에 의해 어떤 모양, 어떤 크기가 미학적으로 가장 즐거움을 주는가를 확정하려 한 바 있다.