Entz Géza és Daday Jenő e szavakkal ajánlották Apáthy Istvánt az Akadémia tagjának: „… 1884-től kezdve lankadatlan szorgalommal foglalkozik zoológiai, különösen finom szövettani tanulmányokkal s beható vizsgálataival ma már nemcsak hazánkban emelkedett a legelső histologusok közé. Legújabb dolgozata, mely az idegrendszer vezető elemeit tárgyalja, egyenesen úttörő s új irányt jelölő munka értékével bír, melyet az illetékes szakbúvárok a legnagyobb elismeréssel emlegetnek. […] Apáthy István a szaktudománya körébe tartozó kérdések búvárlatában nemcsak kitartóan fáradozik, hanem egyszersmind kiváló eredményekkel gazdagítja a tudományt; dolgozatai közül nem egynek adatai hézagot pótolnak a magyar faunára vonatkozó ismereteinkben is.”

Érdeklődése már orvosi tanulmányai idején az idegszövettan felé fordult, s zoológiai munkássága is e kutatások jegyében telt. Megalkotta az idegsejtek ingerület-vezető képességének elméletét (Apáthy-féle kontinuitás), s számos mikrotechnikai eljárást dolgozott ki (pl. Apáthy-féle rögzítés, Apáthy-féle festés).

1890-től a Ferencz József Tudományegyetem Állattani Intézetében dolgozott és oktatott, „a nagy humanista polihisztorokra emlékeztető tudós, nagy koncepciójú előadó és szónok volt” – írja róla Devich Andor. Világhírű rangra emelte az Állattani Intézetet, melynek új épületeit is ő tervezte. Támogatta az egyetem Szegedre kerülését, azonban itt már sajnos csak rövid ideig folytathatta oktatói-kutatói tevékenységét.

Márki Sándor így búcsúztatta 1922-ben: „Mert az ő neve már régen be van írva a természettudományok történelmébe, hol a mikroszkópiumi vizsgálatok módszereinek, az idegrendszer finomabb szerkezetének s általán az összehasonlító szövettan legkiválóbb művelőinek, sőt úttörőinek sorában ragyog.”