Wundt enseñaba a los sujetos a describir detalladamente las sensaciones —introspectivamente experimentadas—, que provocaban en ellos una serie de estímulos sistemáticamente controlados. El psicólogo también medía los tiempos de reacción en tests de complejidad variable, intentando identificar los componentes psíquicos internos y descubrir las leyes que regían sus combinaciones.

Wundt y su concepción de la psicología dominaron este campo, al menos en el ámbito académico, hasta los inicios del siglo XX, en que los métodos introspectivos, o el hecho mismo de considerar los fenómenos psíquicos internos como objeto de estudio científico, fueron desestimados, incapaces de aclarar fenómenos como el del pensamiento sin imágenes. Sus rivales se rebelaron contra las reglas de Wundt: su compatriota Hermann Ebbinghaus dirigió una monumental investigación sobre la memoria que implicaba el aprendizaje de largas series de sílabas sin sentido, sentando un precedente para las generaciones futuras de psicólogos especializados en el aprendizaje.

Estos profesionales perseguían objetivos similares para dotar a la psicología de rigor científico, tradicionalmente objeto de las especulaciones filosóficas, por lo que comenzaron a hacer experimentos de laboratorio con animales, tendencia que orientó metodológica y conceptualmente el estadounidense Edward Lee Thorndike. Más tarde, el estadounidense J. B. Watson, fundador del conductismo, definió la psicología como ciencia del comportamiento —externo, observable— y no de la mente, consideración que excluía a los fenómenos psíquicos internos como objeto de estudio y a los métodos introspectivos como técnica para estudiarlos.

Sin embargo, la introspección continuó estudiándose desde otros enfoques como el de la Gestalt, que comenzó en Alemania como estudio de la percepción, para después extenderse a otros campos como la resolución de problemas, el aprendizaje, la creatividad e incluso las dinámicas sociales (en especial la microsociología de grupos pequeños, con aplicaciones industriales y terapéuticas). Frente al asociacionismo inherente al enfoque de Wundt o el de los conductistas, la psicología de la Gestalt destacaba la importancia de las configuraciones globales de estímulos, sus relaciones internas y con el contexto (relaciones figura-fondo), así como su organización activa.

En consecuencia, la psicología experimental englobaba ya desde sus inicios una considerable diversidad de métodos, intereses y puntos de vista que le han permitido encontrar multitud de aplicaciones prácticas en la industria, la educación y la terapia, entre otras áreas.

Hoy persisten las mismas inquietudes hacia la psicofísica, la percepción, la memoria y el aprendizaje, pero los interrogantes desaparecen con nuevos enfoques fisiológicos y el uso de procedimientos estadísticos para diseñar experimentos y analizar datos; la tecnología de los oredenadores también ha influido en los métodos y teorías de la psicología experimental, en la que la influencia del paradigma conductista ha sido mitigada por el resurgir del estudio de los fenómenos psíquicos internos desde el punto de vista cognitivo, y por la creciente alianza de esta tendencia con la biología. Sin embargo, hasta ahora ninguna teoría ha unificado la psicología experimental, que en la práctica es una amalgama de las diferentes corrientes de la psicología con sus respectivas áreas de interés.