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最后，他回来了，并于27岁完成了医学院的课程。他没有想办法去行医，因为他身体不太好，可是，他花时间研究了心理学，因为对前途的担忧而心情暗淡，再加上他有关意识的科学观点与这个世界及其父亲的神秘主义和精神追求相差甚远，因而郁郁寡欢。1870年28岁时，在经历了一年多的郁闷后，他突然产生了与父亲极为相似的情感危机。许多年以后，他在《宗教经验种种》，通过由一位匿名的法国人为他写回忆录的形式，描述了这种体验：
有天晚上，我在夜色中去一家成衣店买一件衣服，突然间，一阵可怕的恐惧感没有预先的警告就袭击了我，就像从黑暗中冒出来的一样。这恐惧感就是对自己的存在的害怕。同时，在我脑海里出现了一个癫痫病人的形象，我以前在疯人院里曾看见过他，一位长着一头黑发的青年人，皮肤发绿，完全是个傻子，整天坐在凳子上，或者坐在墙上的架板上，双腿抱膝坐在那里。这形象就是我本人，我心里在想。我害怕得发起科来。这之后，宇宙对我的意义完全改变了。我每天早晨醒来时，胃底会有非常可怕的恐惧感，一种我以前从不知道的人生朝露感。自那以后，我再也没有体验过了。
威廉成人后曾解释他父亲的危机，说那是对他那暴君般的父亲长期压抑住的敌对情绪总的爆发，可威廉从没有暗示过他自己的危机应作何解释。雅克·巴赞曾提出过一种假设：“人们完全可以合理地猜想，这是因为无法忍受的压力所致，因为他无法反叛一位从没有对他施过暴而只有爱的父亲。”
这次攻击使詹姆斯有好几个月神情颓丧。在这个期间，他特别受到德国生理学家对世界的机械论看法的困扰，这就是他自己的父亲一向反对的加尔文教的决定论观点在科学上的等同物。如果机械主义论真实地反映了意识，那么，他所有的思想、欲望和意愿都仅仅不过是一些自然粒子间相互的影响，都是事先决定好了的；他对判定自己的行动毫无办法，就像精神病院里的那个癫痫病人一样。
最后，跟他父亲一样，他通过阅读从这阵压抑中解脱出来——不过，他读的不是斯维登堡的书，而是法国哲学家查尔斯·赫努叶论自由意志的一篇文章。詹姆斯在日记里这么写道：
（我）看不出有任何理由要把他的自由意志定义——“在我兴许会有别的思想时，偏偏保持住我选择的这个思想”——改为错觉的定义。不管怎样，我会暂时——直到明年——认为这不是个错觉。我的第一个自由意志行动将会是相信自由意志。我要随我的意志再进一步，不仅以这个意志来行动，而且还要相信它，相信我自己的真实性和创造力。
他相信自由意志的意愿果真起了作用，他开始慢慢恢复了，虽然他的身体状况一辈子都是脆弱的，而且他还时不时地有短暂的压抑情绪出现。他在接下来的两年时间里进行了生理学和生理心理学的广泛阅读，使心理健康也得到恢复。1872年，他快30岁的时候经济上还依靠父亲的支持，而且对未来也没有什么计划，这时，哈佛大学的校长，也是他的邻居——詹姆斯一家曾在剑桥生活了一段时间——查尔斯·埃利奥邀请他去哈佛教授生理学。他接受了，在以后的35年中，他一直呆在那里。
但不是作为一位生理学教授呆在那里的。3年后，他开始教授生理心理学课程，并开始在他与劳伦斯·黑尔的小实验室里为学生们进行演示。他继续杂乱地读书，形成他自己玄妙的心理学概念，并在下个3年时间里写了大量文章和书评，极力鼓吹他的思想。出版人亨利·霍尔特提供给他一份合同，让他写一本有关这门新的科学心理学的教科书。詹姆斯签了合同，但说了声对不起，因为他需要两年的时间才能完成该书。结果他花了12年时间，于1890年完成了该书，但是，他写作的这本书非常成功，远远超出了出版人原来的希望。
詹姆斯开始写作这本书的那年，即1878年，在另一方面也是一个里程牌。36岁时，他结了婚。尽管他相信自由意志，可是，他好像已经是某种在配偶的选择上不是位自由的代理人。两年之前，他父亲从波士顿激进者俱乐部开会回来时宣布，他已经遇到了威廉的未婚妻，即艾丽丝·吉本斯，波士顿的一位小学教师和小有成就的钢琴家。威廉尽管是拖着两条腿去见她的，可是，一旦见到，树已成船，生米搞成了熟饭。追了很长一段时间后，艾丽丝成了他忠实、坚强的妻子和好帮手，她成了5个孩子的母亲，抄写员和终身的智力伴侣。她欣赏他的天才，理解他的情感需要和气质上的反复无常，而且，尽管有很多时候是剑拨弩张，关系不轻松得很，特别是在威廉每次要进行长时间旅行之前——他有时需要分开一阵子——但是，他们是一对忠实和互敬互爱的夫妻。
一旦结婚后，詹姆斯还残留着的一些神经和生理上的症状就开始减轻了，尽管他的身体总不是尽善尽美的，不过，他对生活的态度却是大为转变了，那种热情和能量是以前都没有体验过的。他最后终于成了一位经济独立、有自己的身份的男人，有家，有收入，有追求自己的目标的自由。两年后，哈佛承认了他的特别兴趣和才干，让他当上了哲学系副教授（他对心理学持有的大观点在这个系里更合适一些，而不是生理学系），并于1889年最终把他的称号改变了，变成心理学教授。
创立之父
詹姆斯于1875年开始教授心理学之前，美国大学里不存在心理学教授。当时，美国大学里教的课程中，惟一的心理学形式是颅相学和苏格兰心理生理学，这是联想主义的一个分枝，主要用作天启教的辩护。詹姆斯本人从没有上过新心理学课程，因为没有这样的课程可以上，如他所嘲笑的：“我听过的第一次心理学讲座是我自己讲的。”
但在20年内，至少有20多所美国大学开设了心理学课程，出版了3本心理学杂志，还成立了一个专业性的心理学学会。心理学到达花期有三个原因：许多大学的校长希望效法德国心理学机构的成功，冯特训练出来的心理学家来到美国，而且，最重要的就是詹姆斯的影响，他通过教学，通过他的十几篇极受欢迎的文章和他的杰作《心理学原理》，把这些影响扩散出去了。
詹姆斯把实验心理学引进了美国。他至少是与冯特同时向学生进行实验演示的，如果不能算更早些的话，詹姆斯和学生开始进行心理学实验的时候，与冯特与学生一起做实验是同时的。可笑的是，詹姆斯一方面极强调实验的价值，一方面却觉得它十分无聊，而且在学术上也太过局限了。他通常只花两个小时进行实验，他告诉一位朋友说：“我天生不喜欢实验工作，”而且，谈到莱比锡大学实验室的工作风格时说，“一想到心理——物理学实验和完全的铜制仪器及代数公式，我就对这种心理学恐惧已极。”
然而，他相信实验心理学，而且让学生进行广泛的实验。他们让青蛙飞速旋转，以探索内耳的功能；他对聋哑人也做同样的实验，以检测詹姆斯的假设，即由于他们的半圆形通道已经损坏，他们对晕眩的敏感度比正常人就应该少一些（他是对的）；他们在青蛙腿上进行反射实验，在人类受试者身上进行反应－时间和神经传递速度的实验；而且，他们远远超出冯特生理心理学的范畴，还进行了催眠和自动写作的试验。
尽管詹姆斯不喜欢做实验，但当证明或者驳斥一个理论最好的办法是进行实验时，他还是迫使自己做一些。在他写作《心理学原理》一书有关记忆力的一章时，他希望检测“功能”心理学家们仍然相信的一个古代人的信仰，即记忆跟肌肉一样，它是可以通过练习来加强的，而且，记忆任何事情因此就会不仅改善对被记忆材料的记忆力，而且会增强记忆所有材料的能力。詹姆斯怀疑这一点，便让自己当了受试者。在8天时间内，他背诵了维克多·雨果《讽刺》一诗的158行，每行平均约花50秒的时间。然后，他开始背诵弥尔顿的《失乐园》。在38天的时间内，他每天花90分钟时间进行背诵，直到背诵完全诗（798行）。如果练习的理论是正确的，这个长时期的努力应该能够极大地加强他的记忆力。他又回到《讽刺》一诗，并背诵了158行——发现每行背诵的时间比第一次多花7秒时间。练习并没有增强他的记忆力，反而减缓了，至少是暂时的。（他让几位助手重复这个实验，结果大致相同。）一项在两千多年的时间内被广泛接受的的心理学理论，而且到今天为止还有很多外行人相信的东西被彻底驳倒了。
可是，詹姆斯自己的实验对他的心理学思想来说只是一个来源，而且是一个很不起眼的来源。他把在哲学和生理心理学领域读到的书全部利用起来；1882－1883年在欧洲呆了半年多时间访问各大学，参加实验室活动，听各种讲座，与几十位著名的心理学家和其它科学家们会谈；与他们定期通信，并收集了对不正常思维和正常思维在催眠、药物或者压抑情形下进行的临床研究材料和报告。
他通过内省得到了许多主要的见解和推想，这个极为不同的来源与冯特和学生所说的内省法有很大的差异。在詹姆斯看来，通过冯特内省法捕捉和分离思维过程中的一些单个元素是一定会失败的：
正如一片雪花落在热手上就不再是一片雪花，而只是一滴落物一样，在我们想抓住某个正在结束的关系的感觉时，会发现我们抓到的是某种实在的、固体的东西，通常是我们发出来的最后一个单词，如果从静态的角度来看，而且以其功能、趋向，特别是在句子中的意义来看，经常就消失得没有了。在这些情形之下，内省分析的办法事实上就像是抓住某个旋转着的东西来感受它的运动，或者试图飞快地打开煤气灯，以看看黑暗是个什么样子。
可是，他觉得，博物学家的内省法——按照我们自己的思想和感觉实际上的样子来观察它们——可以告诉我们很多有关精神生活的东西。在詹姆斯来说，这是最为重要的调查方法，他把这些方法定义为“搜寻我们自己的脑海并报告在那里的发现”。（他是在指有意识的心理活动的内省。当时，他自己和其他心理学家都不知道，我们的心理活动有多大的一部分是在意识之外发生的。）
这样的内省法需要精神集中和实践，因为内在的状态一个接一个挨得很近，经常还混合在一起，因而很难把彼此区分开来。然而，詹姆斯说，这是可行的，他把这个比作感官司感觉。正如人们可以看到的实践一样，人们可以通过仔细观察，命名然后给外在的物体分类而达到与探索内在现象一样的目的。
确切一些说，当时，关于这一点是否可能是有一个古典问题的。有意识的思维可以观察外部的物体，可是，它如何观察它自己的？是否有第二个意识来观察第一个意识？我们如何知道这样的第二个意识是存在着的——我们也能观察到它吗？如何观察到它？詹姆斯对这些复杂问题有一个答案：内省实际上就是立即回忆；有意识的思维会向回看，并报告它刚刚体验的事物。
他承认内省是很困难，也容易出错。当感觉飞速地发生时，谁能保证它的精确顺序呢？当感觉大同小异时，谁能保证它们之间的比较强度？如果两者都只是在瞬间发生的，谁能说哪一个占的时间长一些？谁能把像愤怒这样一种复杂感情中所有的成分都列举出来？
然而他又说，某种内省式报告的有效性可以通过至少56种已经验证的实验方法来测试和检验。比如，简单心理活动的时间长度可以通过内省法进行估计，再通过反应－时间实验来验证；又如，一个人可以同时记忆下来多少数字或者字母的内省报告，是可以通过通觉实验来加以验证的。
而且，虽然有关更为复杂和微妙的心理状态的内省报告也许不可能通过实验方法加以验证，但是，詹姆斯相信，由于这些动作都是可以通过内省来观察的，因此，任何对此直接了当的叙述都可以被认为是文字上的。在任何情况下，“内省观察就是我们首先而且在任何情况下都必须依靠的办法”。
詹姆斯心理学思想的另一个来源——也可能是最为重要的一个来源——就是个人和非科学的来源：他对人类行为博物学的、感觉的和聪明的解释，以他自己的经验和理解为基础。他许多的主要见解都来