Kandel, kariyeri boyunca beyin kimyasını nasıl araştırdığı ve öğrenmenin nasıl gerçekleştiği konusunda büyük keşifler yapan beyin kimyasını araştırdı. Kandel, beynin nöronlarındaki (sinir hücreleri) kimyasal değişikliklerin anılara nasıl dönüştüğünü öğrendi. Nöronların kısa süreli anılar oluşturduğunu, birkaç saat veya gün süren, uzun süreli hatıralardan farklı olarak, aylarca veya yıllarca süren nasıl olduğunu gösterdi. Araştırmaları, bilim adamlarının Alzheimer hastalığı gibi hafıza kayıplarını içeren bozuklukları daha iyi anlamaya başlamasına yardımcı oldu.
Kandel araştırmasında deniz salyangozları üzerinde çalıştı, çünkü bu salyangozların basit sinir sistemleri ve büyük sinir hücreleri var. Bu basit hayvanların nasıl çalıştığını öğrendikten sonra, fareler üzerinde deneyler yaptı. Bu çalışma, sümüklü böceklerin sinir hücrelerinde meydana gelen aynı süreçlerin, insanları içeren memelilerde nasıl göründüğünü anlamasına yardımcı oldu.