Az 1950-es években az elektrofiziológiai és magatartás-kutatási módszerek kidolgozásában és elterjesztésében jelentős eredményeket ért el. 1959-ben a Macy-alapítvány szimpóziumán, New YorkbanA hippocampus és a magasabb idegtevékenység címen tartott előadást. Még ugyanebben az évben meghívták dolgozni az UCLA agykutató intézetbe, Los Angelesbe.
A kandidátusi (1973), majd a nagydoktori fokozat (1976) elnyerése után 1978-tól a POTE Élettani Intézetet vezette haláláig,[1] ugyanezen időponttól kezdve az intézetben működő MTA Idegélettani Kutatócsoport munkáját is ő irányította. Kutatói tevékenysége során mindvégig foglalkoztatta a játék élettani és pszichológiai háttere, ebben a témában tartotta meg akadémiai székfoglaló előadását 1985-ben.
Tanítványai közül egyik legsikeresebb Buzsáki György, aki az Egyesült Államokban dolgozik, és két másik agykutatóval (Somogyi Péter és Freund Tamás) együtt megkapta a 2011-es "Brain prize"-t, melyet az agykutatás Nobel-díjának neveznek.
Emlékezete
Tudományos és tudományszervezői munkásságának emlékére 1991-ben Baranya megye székhelyén, Pécsett létrehozta a megye és a város a Grastyán Endre Alapítványt. Minden évben egy köztiszteletben álló tudós nyeri el a Grastyán-díjat.
1995-ben Pécsett szobrot avattak tiszteletére. A szobor alkotója Rétfalvi Sándor.
Facilitation and inhibition of conditioned alimentary and defensive reflexes by stimulation of the hypothalamus and reticular formation. Lissák Ferenccel. Budapest : Akadémiai Kiadó, 1956. p. 133-157., (Klny.: Acta Physiologica Academiae Scientiarum Hungaricae)
Experimentelle Beiträge zur Pathogenese der commotio cerebri mit besonderer Berücksichtigung der Kreislaufstörungen des Gehirns. Mérei Ferenc Tiborral, Hasznos Tivadarral.Budapest : Akadémiai Kiadó, 1957. 128 p. (Tárgyszó: commotio cerebri).
Agygytörzsi és archicorticalis mechanizmusok jelentősége a feltételes reflexben : Kandidátusi értekezés tételei / [kiad. a Tudományos Minősítő Bizottság]. Budapest : Szerző, 1958. 4 p.
Halló- és látókérgi kiváltott potenciálok változásai időleges kapcsolat kiépülésekor. Bauer Miklóssal. Budapest : Akadémiai Kiadó, 1961. pp. 141–147. (Klny. a Magyar Tudományos Akadémia Biológiai és Orvosi Tudományok Osztályának Közleményeiből)
Orientáció és megerősítés : Kandidátusi értekezés ; MTA TMB, 1973. 1-2. köt. 471; 472-838. p. (Kézirat 847 jegyzettel; Semmelweis Egyetem Központi Könyvtár).
Állami Díj (1988)[1] – A tanulás, a motiváció és az emóciók limbicus-agyi mechanizmusainak magatartási és elektro-fiziológiai módszerekkel végzett vizsgálataival elért eredményeiért, nemzetközileg is elismert, kiváló munkásságáért.