2つの心臓を使った有名な実験の模式図
レーヴィの実験までは、シナプスにおける情報伝達が化学的なものか電気的なものか分かっていなかった。1921年に発表された有名な実験で、レーヴィはこの疑問に決着をつけた。レーヴィによると、実験の主要部分は彼が寝ている時に思いついたという。彼はカエルから生きた心臓を2つ摘出し、1つは迷走神経のついたもの、もう1つはついていないものである。2つの心臓はリンゲル液などの塩溶液に浸された。迷走神経に電気的な刺激を与えると、1つの心臓の動きがゆっくりになった。レーヴィはその心臓を取り出し、次にもう一つの心臓を同じ液に浸した。すると二番目の心臓の動きもゆっくりとなった。この実験により、可溶性の物質が迷走神経から分泌され、それが心臓の鼓動を制御していることが実証された。彼はこの未知の物質をVagusstoffと呼んだが、後にアセチルコリンであることが分かった。
レーヴィの「コカインによるアドレナリンの放出」、「ジギタリスとカルシウムの働きの関連」の研究は深い問題で、その後何十年も他の研究者によって研究された。
彼はまた、実験法の思いつき方が独特であることでも知られている。1923年のイースターの土曜日、彼は神経伝達が電気ではなく化学物質によって行われていることを証明する実験法を夢の中で思いついた。彼は起きるとすぐに枕元の紙に概要だけを書き込み、睡眠に戻った。彼によると、夢の内容を思い出そうと努めたが思い出せなかったこの日は、人生で一番長い日だったそうである。彼は次の日も同じ内容の夢を見た。この時は彼はきちんと起床し、実験室に行ってすぐに実験を行った。そして夜明けになる頃、彼は自身が将来ノーベル賞を受賞することを確信した。14年後、それは現実となった。