费息纳出生于德国乡村的一个牧师家庭，5岁丧父，自幼在叔父家长大。16岁入莱比锡大学学习医学，学习期间他曾用笔名“米舍斯博士”发表讽刺性的小品文，文章写得颇为幽默。取得学位后，他依靠将法文的物理学和化学教科书翻译成德文所取得的稿费度日和做研究工作。1822年毕业时，他的兴趣由生理学转向物理学和数学。1824年他任莱比锡大学的物理学讲师，1826年电学中公布欧姆定律后，他也曾发表文章讨论这方面的问题和物理学的其他问题。久而久之，他被学术界公认为是一名物理学家。
费息纳任莱比锡大学物理学教授，当时他33岁。他的兴趣又从物理学转向心理学，从事研究补色和后象等问题。他在研究后象时，由于长时间观察阳光得了眼病，造成终生痼疾，一生受到再三复发的痛楚。他的著作甚多，1860年出版的《心理物理学纲要》只是其中的一部，正是这部著作对心理学成为科学作出了很大贡献。
首先，他把心理物理学定义为：“讨论心物之函数的关系或相互关系的正确的科学”。他认为，感觉本身虽然不能测量，但是感觉是由一定的刺激量引起的，通过测量刺激强度就可以间接地测量感觉。只要解决了感觉和刺激之间的关系问题，就可能进一步研究心物关系的问题。按他自己的话说：1850年10月22日的早晨醒来时，他突然想起，感觉强度的增加并不是和刺激量的增加一一相应的，而是刺激按几何级数增加，感觉按算术级数增加的。例如，1个铃的声音加上1个铃的声音，和10个铃加上1个铃的声音相比，虽然都只是加上1个铃的声音，但听起来前者所增加的声音比后者大。10支烛光和1支烛光各加1支烛光，看起来也是后者的亮光增加得多些。所以，他认为刺激的增加和感觉的增加，不是绝对的，而是相对的。他曾称这种想法不是取自韦伯，但他仍把这个结果称作韦伯律，后来，人们称为“韦伯—费息纳定律”。
有趣的是，虽然费息纳是个物理学家，但他很重视哲学理论。这表现在，为了论证他的泛灵论哲学，他把心和物的上述关系比作一个圆圈的外部和内部的关系，即归结为物质和精神两个方面的世界统一于灵魂之中的观点。对于外界的刺激量必然大于内部的感觉量这一现象，他却解释说，其中的损失就犹如货物通过海关必须缴纳通行税一样：通过的刺激越多，损失的比值也越大。为此，他把韦伯定律说成“刺激底均等的相对增加量，与感觉底均等的绝对增加成比例”，写成公式为：Dr／R=C（R=标准刺激，C=常数，Dr等于必须增加才可觉察与R所区别的刺激）。然后，他进一步推论说，感觉随着刺激的对数而变化，再写成公式是：S=KlgR（S=感觉，R=刺激，K=常数），意思是刺激作为几何级数增加时，感觉作为算术级数增加。这样一来，费息纳的定律公式和韦伯的结论就由不同的含义而区别开了。韦伯那里只是指出刺激和感觉的比例关系，没有涉及感觉强度；费息纳的定律则表示物理刺激与其所引起的感觉强度的关系。费息纳的科学实验和他的哲学思想之间的矛盾，在前述的缪勒和黑姆霍茨那里也有所表现，但是，并不妨碍他们对科学作出的贡献。这就是说，实验的实践是衡量真理的标准，实践是第一位的。