正如母亲希望的那样，别赫捷列娃考上了列宁格勒巴甫洛夫第一医学院。1950年，她研究生毕业，成为苏联医学科学院实验医学研究所的一名初级研究员。一年后，她获得生物学副博士学位。她的论文是《大脑皮层电刺激下植物性神经系统和运动器官的兴奋性比较特征》。
1975 年，采用苏联医学科学院院士、神经生理学家娜塔莉娅·别赫捷列娃的方法，在制作了植入金电极的大脑。 / Vladimir Bogatyrev/俄新社
娜塔莉娅·彼得罗芙娜35岁获得正博士学位，答辩论文是关于大脑和脑肿瘤的研究。别赫捷列娃在研究脑皮质下层、人类特殊才能和超自然能力方面进行了大量研究。1968年，她通过将电极长期植入大脑实现一项科学发现，她将其描述为“错误检测器”。她在书中描述了自己发现的现象：“你刚刚出门，正准备把门关上。这时你有种感觉，似乎哪里不对，你好像忘了拿什么东西，或者忘了做什么事。门还没关上，一切还来得及，你返回屋里（尽管有迷信的说法‘别走回头路’）。你发现房门钥匙在另一件衣服口袋里，或者没有拔下电熨斗，或者足以引起大麻烦的其他什么事儿……”
“第二天早上，你会有意识地站在敞开的房门口，努力回忆‘还有什么？’把屋里回想一遍，一切正常，然后离开……这是个快乐的结局，探测器发挥了作用，你听从了它，但没有服从它。”她说，你可能成为“错误探测器”的奴隶，出现想要回去的想法，而且不止一次。这种情况下你需要尽快治疗。
1975年，根据苏联医学科学院院士、神经生理学家娜塔莉娅·别赫捷列娃的方法，使用植入电极治疗脑部疾病。 / Vladimir Bogatyrev/俄新社
1985年，别赫捷列娃被授予苏联科学领域国家奖。将电极植入大脑的研究取得丰硕成果，一个全新微创神经外科方向脑立体定位神经学出现。娜塔莉娅·彼得罗芙娜一生共撰写和合著370篇科学论文（在国际出版物上发表140多篇），包括15篇专著（国外出版4篇）。别赫捷列娃相信人类具有超感官能力。她与巴巴·万加有过一场会面，令她震惊不已。她相信灵魂的存在。娜塔莉娅·彼得罗芙娜接受采访时说：“灵魂是什么？我不知道。一方面，不管你奇不奇怪，我是名教徒。我知道教会的教条，我向教会求助的时候时，我很容易理解他们。作为一个科学家，我生活在另一个身份中。我可以这样评价自己。”
