Jako pierwszy opisał drogę nakrywkową środkową, połączenia dolnej oliwki, szlaki nerwowe w konarach móżdżku, jądra tworu siatkowatego nakrywki. Jądro Bechterewa to opisane przezeń jądro części przedsionkowej VIII nerwu czaszkowego. Biechtieriew był niekwestionowanym autorytetem w dziedzinie neuroanatomii; niemieckiemu anatomowi Friedrichowi Kopschowi przypisuje się często cytowaną wypowiedź – „tylko dwie osoby znają dobrze anatomię mózgu: Bóg i Biechtieriew”.
W 1896 roku założył czasopismo o tematyce neurologicznej – „Newrologiczeskij Wiestnik”.
Biechtieriew i Pawłow Biechtieriew i Iwan Pawłow różnili się w kwestii lokalizacji funkcji mózgowych u człowieka. Pawłow podważał wyniki badań Biechtieriewa i jego uczniów, określających ośrodki korowe dla recepcji wysokości tonów, smaku czy wydzielania śliny.
Uczniowie Biechtieriewa Ze szkoły Biechtieriewa wyszli m.in. Puusepp, Astwacaturow, Protopopow, Osipow, Żukowski, Ostankow, Blumenau, Nikitin, Dojnikow, Gierwier, Gołant, Omorokow, Wasiljew, Wiendierowicz, Gize, Gribojedow, Narbut, Mjasiszczew, Rachmanow, MołotkowXодос XГ. Краткий очерк истории отечественной невропатологии. Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1965..