En 1660 va a Holanda, donde descubre el conducto exterior de la glándula salival parótida (conducto de Steno) y hace la primera descripción completa del aparato lacrimal.
Importantes son sus trabajos sobre los músculos: función de los intercostales, estructura fibrilar de las masas musculares, condición muscular de la lengua y del corazón, entre otros.
Basándose en experimentos fisiológicos, su mentalidad cartesiana le lleva a expresar geométricamente los mecanismos del movimiento muscular voluntario; pero rechazó el uso del microscopio que hubiera aclarado su teoría.
Vuelve a su patria en 1664, y, al negársele una merecida cátedra, marcha a París y a Florencia donde vive protegido por el gran duque Fernando II.
Allí nace su afición a la geología y una inquietud religiosa que le lleva a convertirse al catolicismo en 1667.
En 1669 publica un Prodromus, avance de un tratado geológico, en el que da geniales ideas sobre el significado de los fósiles y la formación de los cristales. Postuló, en estratigrafía, el Principio de Superposición o ley de Steno. En cristalografía también lleva su nombre una ley acerca de la constancia de ángulos interfaciales.
Cada vez le atraía más la vida espiritual y el afán de contribuir a soldar la división de los cristianos. Efectuó algunos viajes científicos y pasó dos años en Copenhague como Anatomicus regius; regresó a Florencia, donde, en 1675, se ordenó sacerdote.
Dos años después fue consagrado obispo y enviado como vicario apostólico a las ciudades hanseáticas. Grandes fueron sus sufrimientos en aquel medio totalmente luterano, en el que se hizo valer por su prestigio científico y por su vida pobre y sacrificada.
Murió santamente en Schwerin en 1686.
Fue beatificado el 23 de octubre de 1988.
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