Лёви знал, что если электрическим разрядом возбудить нерв, управляющий сердцем лягушки, то ритм его сокращений должен замедлиться. Если, как он предположил, это связано с химическим медиатором, высвобождаемым из нервных окончаний, то химическое вещество должно попасть в жидкость, в которой находится сердце. Сначала во сне, а потом наяву Лёви увидел, как при погружении другого сердца в собранный раствор ритм его биения тоже замедляется. Это означало, что первое сердце выделяет растворимый химический медиатор, который затем действует на второе сердце.
Лёви назвал этот химический медиатор «вагусным веществом» (Vagus-stoff), поскольку его выделял блуждающий нерв (vagus), передающий сигналы сердцу. Сейчас мы знаем, что это ацетилхолин, как и предполагал Лёви. Он был слишком осторожным, чтобы публиковать непроверенные сведения, которые могли оказаться некорректными. Лишь в 1926 г. после многочисленных дополнительных экспериментов он пришел к выводу, что это может быть ацетилхолин. Лёви очень повезло, поскольку нерв, передающий сигналы лягушачьему сердцу, имеет два набора волокон: одни набор выделяет химическое вещество, замедляющее сердечный ритм (ацетилхолин), а другой — субстанцию (норадреналин), ускоряющее его. Частота, при которой Лёви стимулировал нерв, должна была в точности соответствовать той, что обеспечивает преобладание действия ацетилхолина. Здесь удача вновь сыграла ключевую роль в открытии.
В 1936 г. Лёви (вместе со своим другом детства британским ученым сэром Генри Дейлом) был удостоен Нобелевской премии. А всего два года спустя, 12 марта 1938 г., Германия вторглась в Австрию. Лёви в тот же день сказали, что нацисты оккупировали его страну, но его слишком занимали исследования, чтобы придавать значение этой новости. Свою ошибку он понял в 3:00 на следующее утро, когда десяток вооруженных штурмовиков ворвались в его дом и отправили ученого в тюрьму вместе с другими евреями. Не зная, что с ним будет, и ожидая расстрела в любой момент, Лёви изложил последние результаты исследований на открытке, указал на ней адрес научного журнала (Die Naturwissenshaften) и упросил часового бросить ее в почтовый ящик. Мысль о том, что результаты его исследований не будут потеряны, принесла ему облегчение.
Через два месяца Лёви выпустили из тюрьмы и позволили уехать из страны при условии, что он передаст все свое состояние нацистам, в том числе отдаст приказ шведскому банку в Стокгольме перевести денежное вознаграждение, причитавшееся нобелевскому лауреату, в подконтрольный нацистам банк в качестве выкупа. Он уехал в Англию без гроша в кармане.
