Merzenich brał udział w licznych badaniach dotyczących neuroplastyczności. W lutym 2004 r. wygłosił na konferencji TED wykład „Więcej dowodów na plastyczność mózgu”, w którym przedstawił główne wnioski z własnych pracMerzenich, M.; Jenkins, W.M. (1995). "Cortical plasticity, learning, and learning dysfunction". Maturational Windows and Adult Cortical Plasticity. 23: 247–271..
Pomógł zidentyfikować dwa odrębne okresy plastyczności mózgu. Okres Krytyczny Niemowlęcia to moment, w którym mózg dziecka uruchamia procesy nerwowe dla bodźców, którym jest poddawany. W Okresie Plastyczności Dorosłego procesy są udoskonalane podczas wykonywania różnorodnych zadańM. Merzenich. Cortical plasticity, learning, and learning dysfunction.. „Maturational Windows and Adult Cortical Plasticity”. 23, s. 247–271, 1995..
Zrozumienie, w jaki sposób mózg może tworzyć nowe połączenia, pozwoliło Merzenichowi, Tallalowi i innym współpracownikom opracować strategie pozwalające korygować indywidualne deficyty w mowie czy czytaniu.