Er entwickelte 1928 die Arteriographie der Hirngefäse am lebenden Dazu injizierte er radioaktive Kontrastmittel in das Blut der Patienten um dann das Gehirn zu fotografieren und anhand der Bilder Tumore zu finden.
Egas Moniz war der Begründer der 1935 führte Moniz an einem Patienten mit Hirnschaden die erste Leukotomie durch. Dabei werden Nervenbahnen in der vorderen Gehirnregion durchtrennt. Durch umstrittene Verfahren konnten Kranke von ihren Wahnvorstellungen werden.
1940 schrieb er das Buch Die cerebrale Arteriographie und Phlebographie .
Egas Moniz bekam 1949 zusammen mit Walter Rudolf Hess für Entdeckung der funktionalen Organisation des Zwischenhirns für Koordination der Tätigkeit von inneren Organen den für Physiologie oder Medizin.