Jeho nejvýznamnější přínos vědě byl také nejspornější. Současně se sirem Charlesem Bellem provedl Magendie řadu experimentů s nervovým systémem, zejména ověřil rozlišení senzorických a motorických nervů v míše, tzv. Bellův-Magendieho zákon. To vedlo k intenzivnímu soupeření, kdy Britové tvrdili, že Bell zveřejnil své objevy jako první a Magendie jeho pokusy ukradl.
Magendie byl také proslulý vivisektor, který šokoval i mnohé své současníky živými pitvami, jež prováděl na veřejných přednáškách z fyziologie. Richard Martin („Humanity Dick“), irský poslanec, při předkládání svého slavného zákona zakazujícího týrání zvířat ve Spojeném království popsal Magendieho veřejnou pitvu chrta, při níž zvířeti přibili uši a tlapy, vypreparovali polovinu nervů v obličeji a pak ho nechali přes noc na další pitvu, a označil Magendieho za „ostudu společnosti“. Mezi britskými lékaři, dokonce i těmi, kteří obhajovali pokusy na zvířatech, panovalo přesvědčení, že Magendie svá pokusná zvířata záměrně vystavuje zbytečnému mučení. Jednou ho navštívil jeden kvaker a ptal se ho na vivisekci; podle úvodní lekce Anne Fagot-Largeauové na College of France odpovídal velmi trpělivě a argumentoval důvody pokusů na zvířatech. Kromě ostré kritiky ze strany současníků v Británii i ve Francii patřili k pozdějším vědcům kritickým vůči Magendieho metodám také Charles Darwin a Thomas Henry Huxley. Byl také významným podnětem pro hnutí proti vivisekci a reformě vivisekce, Albert Leffingwell mu věnoval jednu kapitolu své knihy An Ethical Problem.
V roce 1831 byl zvolen zahraničním členem Švédské královské akademie věd.