Экспериментальные атаки на теорию Джемса - Ланге велись в двух направлениях: со стороны физиологических лабораторий и со стороны психологических лабораторий. Физиологические лаборатории сыграли по отношению к теории Джемса и Ланге предательскую роль, а точнее ее сыграла книга У. Кеннона.

Он одним из первых отметил тот факт, что телесные изменения, наблюдаемые при возникновении разных эмоциональных состояний, весьма похожи друг на друга и по разнообразию недостаточны для того, чтобы вполне удовлетворительно объяснить качественные различия в высших эмоциональных переживаниях человека. Внутренние органы, с изменениями состояний которых Джемс и Ланге связывали возникновение эмоциональных состояний, кроме того, представляют собой довольно малочувствительные структуры, которые очень медленно приходят в состояние возбуждения. Эмоции же обычно возникают и развиваются довольно быстро.

Самым сильным контраргументом Кеннона к теории Джемса - Ланге оказался следующий: искусственно вызываемое прекращение поступления органических сигналов в головной мозг не предотвращает возникновение эмоций.

Положения Кеннона были развиты П. Бардом, который показал, что на самом деле и телесные изменения, и эмоциональные переживания, связанные с ними, возникают почти одновременно.

В более поздних исследованиях обнаружилось, что из всех структур головного мозга собственно с эмоциями более всего функционально связан даже не сам таламус, а гипоталамус и центральные части лимбической системы. В экспериментах, проведенных на животных, было установлено, что электрическими воздействиями на эти структуры можно управлять эмоциональными состояниями, такими, как гнев, страх.