Гимназию Фрейд окончил в семнадцать лет с отличием. Он хотел стать генералом или министром, но как еврею ему были доступны лишь медицина, юриспруденция и коммерция. Медицину Сигизмунд выбрал без особого желания, хотя и был увлечен трудами Дарвина. Таким образом, в 1873 г. он поступил на медицинский факультет Венского университета. Он несколько раз менял специализацию, так как все никак не мог решить, какой же профессии себя посвятить, и проучился в результате полных восемь лет. Фрейд мечтал стать знаменитым и уже в студенческие годы внес в науку свою лепту, описав новые свойства нервных клеток у золотых рыбок, а также подтвердив существование яичек у самцов угря. Следует отметить, что еще одним открытием будущего врача стала возможность лечения многих заболеваний посредством кокаина. Начав врачебную практику, Зигмунд (имя он сменил в 22 года) испытывал действие вещества на себе и своих близких, не подозревая, что это наркотик. Он даже пробовал вылечить кокаином одного из своих друзей, Эрнста Фляйшль-Марксов, от морфиевой зависимости. Однако вскоре было доказано разрушающее действие наркотика на организм человека, Эрнст умер, а в медицинских кругах Вены за Фрейдом закрепилась репутация авантюриста. Он перестал использовать кокаин в лечебной практике, но сам не прекратил принимать этот наркотик, причем это никак не отразилось ни на его психическом состоянии, ни на здоровье.
Еще во время учебы Зигмунд испытал на себе влияние знаменитого психолога Эрнста Брюкке, возглавлявшего Институт физиологии при Венском университете. Идею ученого о том, что живые организмы представляют собой динамические энергетические системы, подчиняющиеся законам физической Вселенной, Фрейд воспринял со всей серьезностью, и позднее она получила развитие в его взглядах на динамику психического функционирования.
После получения степени доктора медицины в 1881 г. молодой врач занял должность в Институте анатомии мозга и проводил сравнительные исследования мозга взрослого человека и плода. Его никогда не привлекала практическая медицина, однако вскоре ему пришлось оставить свою должность и заняться частной практикой невропатолога: пациентами его в основном были люди, страдающие от неврозов. Причин перехода к лечебной деятельности было несколько: научная работа оплачивалась крайне низко, атмосфера антисемитизма не давала возможности для карьерного роста, а Фрейд влюбился, и для свадьбы требовались деньги.
1885 г. был поворотным в карьере Зигмунда. Он наконец-то получил исследовательскую стипендию и в течение четырех месяцев стажировался в Париже в клинике Сальпетриер у известного невролога Жана Шарко. Этот специалист, изучая причины и лечение истерии, использовал внушение под гипнозом и мог как индуцировать, так и подавлять сопутствующие ей симптомы. Шарко считал, что причины функциональных психических расстройств следует искать не в анатомии, а в психологии. Фрейд очень заинтересовался его исследованиями: лекции врача и клинические демонстрации лечения произвели на него сильное впечатление. И хотя позже Фрейд отверг применение гипноза как терапевтического метода, в Вену он возвратился не неврологом, а психопатологом. Проблемы психологии навсегда вошли в круг его научных интересов.
В следующем году Фрейд женился на Марте Бернайс, очаровательной девушке из бедной еврейской семьи. До свадьбы они были помолвлены четыре года и, несмотря на то что жили поблизости, встречались крайне редко. В основном влюбленные общались при помощи писем, из которых видно, что Зигмунд был страстным и ревнивым женихом. У Фрейдов родилось трое сыновей и три дочери. Самая младшая, Анна, последовала в будущем по стопам отца и со временем стала талантливым детским психоаналитиком. Доктор Фрейд был счастлив в браке, но и тут не обошлось без скандалов. Венское общество смаковало слухи о том, что он поддерживает любовные отношения с сестрой Марты — Минной, которая часто сопровождала его в поездках, тогда как жена сидела с детьми, а позже с неменьшим энтузиазмом следило за отношениями Фрейда с его лучшим другом, отоларингологом Вильгельмом Флиссом. Поводом для столь живого интереса послужили толкуемые двояко строки в одном из писем, адресованных Флиссу: «Я с огромным нетерпением ожидаю нашу следующую встречу… Жизнь моя тосклива… Только встреча с тобой может заставить меня вновь почувствовать себя лучше». Примечательно, что их отношения прекратились после того, как Фрейд отверг теорию Вильгельма о всеобщей бисексуальности, а потом заявил, что она была выдвинута им самим. Впоследствии доктор задумал написать на эту тему большой научный труд и даже утверждал: «В любом сексуальном акте участвует четыре самостоятельные личности».