J.E. Purkyně znany jest najlepiej z odkrycia w 1837 odmiany dużych komórek nerwowych (neuronów) w korze móżdżku, nazwanych potem komórkami Purkyniego oraz w 1839 – włókien Purkyniego w komorach serca, stanowiących część układu bodźco-przewodzącego. Purkyně jest też autorem grecko-łacińskiego pojęcia plazma (osocze) krwi oraz protoplazma komórek. W 1825 opisał zjawisko Purkyniego.
W jego zakładzie ulepszono mikrotom do cięcia tkanek w celu przygotowania preparatów mikroskopowych, który zaczęto używać do obserwacji histologicznych. Wprowadził szereg nowych technik histologicznych, m.in. zatapianie preparatów w balsamie kanadyjskim, do dziś używanym we wszystkich pracowniach histologicznych. Był także jednym z pierwszych użytkowników mikroskopu zespolonego. W 1829 badał i opisał wpływ kamfory, opium, atropiny i terpentyny na człowieka; w 1833 odkrył gruczoły potowe, wreszcie zaproponował zastosowanie badania odcisków palców do identyfikacji ludzi.