他在书中描述的种种神经性疾病案例，其匪夷所思之程度不逊于博尔赫斯和卡尔维诺的小说。比如《苏醒》中，纽约芒特卡梅尔医院那80多名昏睡了几十年的病人，他们是“一战”后曾经肆虐一时的“脑炎综合症”（又名“昏睡病”，曾导致数百万人死亡）的幸存者，他们仍然有意识，也没有瘫痪，看到人或者听到声音，眼睛会随之转动，外界偶然的刺激有时候会让他们突然惊醒过来，甚至开口说话，然后又迅速回到昏睡状态。更神奇的是，萨克斯医生用一种叫左旋多巴的药物将他们突然“唤醒”——“看到这些‘死人’复活，见到彻底凋谢的花朵突然重新绽放，见到几十年都处于近乎冷冻和与世隔绝的僵尸状态的人重又精力充沛——让你感到一种强烈的人性的激动。”
在《错把妻子当帽子》中，P博士大脑的视觉区长了一个肿瘤，导致视觉功能出现奇怪的障碍——他能清晰地看到世界，却无法准确理解世界。他无法识别脸孔、景物，当他起身寻找帽子时，伸出手抓住他妻子的头，想把她的头拿起来戴上。他把他的妻子当成了帽子！而他妻子对此已经习以为常了。
更诡异的是，P博士不仅认不出脸，他还在没有脸的地方看到脸，站在大街上，他会轻拍消防栓或站牌的顶部，把它们当成小孩子的头，或者在家里，他亲切地跟家具上的雕花把手聊天，发现对方没有回答而惊诧不已。
《火星上的人类学家》写了个奇特的色盲患者，此人原本是画家，在50多年的时间里掌握了非凡的视觉及色彩的天赋和感悟力，但在一次并不严重的车祸后出现了脑震荡，之后颜色就从他的视野中消失了，世界变成了一种难看的铅灰色，甚至连他的梦境都褪了色，成了灰白的，或反差极强，既缺乏色彩也毫无精美可言的色调图。
在2010年出版的《音乐之爱》（Musicphilia）中，指挥家韦尔林（Clive Wearing）在1985年因感染单纯疱疹脑炎（一种攻击中枢神经系统的传染性疾病）而患上“有史以来最严重的失忆症”，他无法形成超过30秒以上的新记忆，但他仍然记得音乐和自己的妻子。患病之后，他走到哪里都带着一个本子，上面记满了这样的句子：
早晨8：31 现在我完全醒着。
早晨9：06 现在我绝对醒着。
早晨9：34 现在清醒得不能再清醒。
就像卡夫卡《变形记》中的主人公，有一天早上醒来，发现自己突然变成了甲虫，被囚禁在自我的牢笼之中。但在萨克斯医生的故事里，这些“牢笼”往往并非绝望的终点，而是以一种常人难以预料的方式显露出生命的潜力、发展、演变和适应。
他在自传《行走中》花了很大的篇幅写一个叫杰拉德·埃德曼（Gerald Edelman）的科学家，他原本是一个生物学家，拿过诺贝尔奖，后来转向神经学研究。他提出的“神经达尔文主义”被萨克斯认为是“第一个真正的关于思维与心智的整体理论，第一个关于个性与自主性的生物学理论”。
埃德曼的基本观点很简单——人类不是由基因决定的，大脑具有精细的自我适应功能，能根据环境不断地重塑自我，而作为大脑的主人，我们要做的就是生存和调适——而这恰恰是萨克斯医生所有写作的核心主题。正如他在《心智之眼》中写道：
“在多大程度上，我们——我们的体验与反应——是由大脑塑造和决定的？我们又在多大程度上塑造和改变自己的大脑？心智控制大脑，还是大脑控制心智——或者，它们在多大程度上控制彼此？我们在多大程度上是我们自身体验的作者或创造者？有时候，一种深刻的知觉丧失，比如失明，能为我们带来难以预料的启发。失明，尤其是在人生后阶段发生的失明，会带来巨大的挑战：必须找到一种新的组织自身世界的方法，因为旧的方法已经被摧毁了。”