La prima testimonianza dell’invenzione della reazione nera, il metodo di colorazione che avrebbe cambiato il corso della neuroanatomia e della neuroistologia, è del febbraio 1873 quando, in una lettera all’amico e collega Nicolò Manfredi, Golgi scrisse: «Sono felice d’aver trovato una nuova reazione per dimostrare anche agli orbi la struttura dello stroma interstiziale della corteccia cerebrale».
Come un esploratore si muove in un nuovo continente, Golgi osservò nuove architetture nervose riscrivendo così l’anatomia del sistema nervoso centrale con eccezionali scoperte neurocitologiche, neuroistologiche e neuroanatomiche.

Nel 1906 Golgi ricevette il premio Nobel per la medicina per il suo straordinario contributo allo studio della struttura del sistema nervoso centrale.

Tra il 1885 e il 1892 Golgi si concentrò sullo studio della malaria umana, stimolato dalla possibilità di studiare a Pavia un pericoloso killer la cui identità non era affatto chiara. Studiando un’epidemia di febbre quartana, identificò la costanza delle modificazioni morfologiche del plasmodio nel sangue fra un accesso febbrile e l’altro (ciclo di Golgi) e stabilì la corrispondenza fra accesso febbrile e moltiplicazione del microrganismo (legge di Golgi). Interpretò quadri febbrili complessi, ipotizzando in queste forme un ciclo di sviluppo diverso del parassita. Da un punto di vista clinico i suoi studi apportarono un contributo determinante poiché, diagnosticando la specie di parassita col semplice esame del sangue, era possibile somministrare il chinino qualche ora prima dell’accesso febbrile evitando così la riproduzione del plasmodio.

Tra il 1897 e il 1898 giunse il momento di un’altra scoperta rivoluzionaria che avrebbe cambiato le concezioni strutturali della cellula, l’apparato reticolare interno, «un fino ed elegante reticolo nascosto entro il corpo cellulare».
Studiando i gangli spinali con una variante del metodo cromoargentico, Golgi scoprì, in alcune cellule, un apparato filamentoso ad andamento convoluto disposto in maniera tale da formare una rete citoplasmatica nettamente separata dal nucleo e dalla membrana cellulare. Sulla base del suo aspetto reticolare e della sua distribuzione intracellulare, propose di chiamarlo “apparato reticolare interno” senza immaginare che al fine ed elegante reticolo sarebbe rimasto associato il suo nome facendolo diventare, probabilmente, il biologo più menzionato nella letteratura scientifica internazionale.