Paul Broca fue un cirujano innovador. Combinó la antropología con la investigación y la práctica médica, especialmente la neurología. A lo largo de la década de 1850 estudió afasia, condiciones en las que el lenguaje se ve afectado. En 1861 se convirtió en el primero en demostrar en la autopsia que un defecto del habla estaba relacionado con un punto específico en el cerebro (conocido hoy como el área de Broca). El descubrimiento de Broca vio un renovado interés en la relación entre el cerebro físico y las características psicológicas e intelectuales.
Broca fundó la Sociedad Antropológica de París, que vinculaba la anatomía comparada con la antropología, en 1859. Inventó nuevos instrumentos para medir las diferencias físicas, ya que él y su amigo Alphonse Bertillon estaban convencidos de que las mediciones cuantitativas revelaban el carácter y la capacidad individuales. Mientras Bertillon identificaba criminales individuales, Broca comparaba la anatomía promedio de diferentes poblaciones o «razas». Broca y otros científicos que practicaban la medición antropométrica creían que la forma y el tamaño del cráneo mostraban que los europeos eran superiores.
Sus conclusiones sobre la relación entre la diferencia física y la capacidad ayudaron a fomentar teorías racistas y sexistas y desde entonces han sido condenadas y desacreditadas.