[3] En 2014, junto con Giacomo Rizzolatti y Trevor Robbins, recibió el Premio "Brain".
Se enfocó en la neurociencia y la psicología después de leer el libro de Jean-Pierre Changeux, L'Homme neuronal (Neuronal Man: The Biology of The Mind).
Dehaene luego completó su doctorado en psicología experimental en 1989 con Jacques Mehler en la École des Hautes Études en Sciences Sociales (EHESS), en París.
[9] Con Changeux, desarrolló un modelo computacional de habilidades numéricas, que predijo las funciones de ajuste log-gaussiano para las neuronas numéricas,[10] un hallazgo que ahora se ha confirmado elegantemente con la fisiología de una sola unidad[11] Junto con Laurent Cohen, un neurólogo del Hospital Pitié-Salpêtrière en París, colaborador desde hace mucho tiempo, Dehaene también identificó pacientes con lesiones en diferentes regiones del lóbulo parietal con multiplicación alterada, pero que conservaban la sustracción (asociada con lesiones del lóbulo parietal inferior) y otros con sustracción deteriorada, pero multiplicación preservada (asociada con lesiones en el surco intraparietal).
[20][21][22] Además, Dehaene ha utilizado imágenes cerebrales para estudiar el procesamiento del lenguaje en sujetos monolingües y bilingües, y en colaboración con Laurent Cohen, la base neural de la lectura.
Identificaron una región que llamaron el "área visual de forma de palabras" (VWFA) que se activó constantemente durante la lectura,[23][24][25] y también descubrieron que cuando esta región se eliminaba quirúrgicamente para tratar a pacientes con epilepsia intratable, en la lectura las habilidades fueron severamente deterioradas.