Penelitian utama Erlanger melibatkan elektrofisiologi dan fisiologi sistem peredaran darah. Pada 1922, Erlanger dan Herbert Gasser bisa menganalisis reaksi listrik antara serabut saraf dengan memperkeras saraf dengan osiloskopsinar katode. Pada 1932, kedua lelaki itu mengilustrasikan bahwa serabut yang berbeda menimbulkan ukuran panjang gelombang atau impuls yang berbeda. Serabut saraf mengirimkan impuls di berbagai tingkat, tergantung pada ketebalan serabut.
Ia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran pada 1944, bersama dengan Herbert Gasser, atas penemuan mereka mengenai macam-macam serabut saraf yang berbeda. Mereka menunjukkan bahwa serabut bisa memiliki fungsi yang berbeda, malahan dalam tali saraf yang sama.