זיגמונד פרויד ידוע בעיקר בזכות עבודתו התיאורטית על הנפש האנושי ובשל פיתוח תיאוריות על הלא מודע והשפעתו על ההתנהגות. אבל התיאוריה של פרויד לא הגיעה משום מקום אלא ישירות מהקליניקה שלו שם הוא טיפל במטופליו אך גם כל הזמן למד מהם. כתביו של פרויד מלאים אפוא בתיאורי וניתוחי מקרה המסבירים את דרכו להגיע למסקנותיו. חלק ממחקרי המקרה הללו הם כיום המטופלים המפורסמים ביותר של פרויד ומפתח להבנת התיאוריה שלו.
המקרה של אנה או.
אחד מניתוחי המקרה המפורסמים ביותר שערך פרויד היה זה של אנה או., הידועה גם בשם ברטה פפנהיים. אנה הייתה אישה צעירה שסבלה מתסמינים הכוללים הזיות, שיתוק ואובדן דיבור. היא טופלה על ידי יוזף ברויאר, עמיתו של פרויד, שהשתמש בטכניקה המכונה "תרפיה בדיבור" כדי לעזור לה להבין ולהביע את מחשבותיה ורגשותיה. דבר מעניין אחד בסיפור של אנה הוא ההידרופוביה הפתאומית הבלתי מוסברת שלה, שהוסברה על כך שראתה את הכלב של שותפתה לדירה שותה מהכוס המים שלה. ברגע שהבינה אנה שאי הנוחות שלה נבעה מכך שלא אמרה דבר לשותפת, תחושת הדחייה ממים חלפה טיפול זה הוכח כיעיל ואנה החלימה בסופו של דבר.
הנס הקטן
ניתוח מקרה מפורסם נוסף שערך פרויד היה זה של "הנס הקטן", ילד בן חמש שפיתח פוביה מסוסים. באמצעות ניתוח התנהגותו וחלומותיו של הילד, פרויד הגיע למסקנה שהפוביה נגרמה מתשוקות מיניות לא מודעות. מחקר מקרה זה עזר לתמוך בתיאוריה של פרויד על תסביך אדיפוס, המצביע על כך שלילדים צעירים יש תשוקות מיניות כלפי הוריהם מהמין השני. הפחד של הנס הקטן מאביו הוחלף בפחד מסוסים, וברגע שהכירו בכך התסמינים נעלמו.
דורה
עוד אחת מהמטופלות המפורסמות של פרויד היא אישה המכונה "דורה" שסבלה מהיסטריה. באמצעות ניתוח הסימפטומים וההתנהגות של דורה, פרויד הגיע למסקנה שמצבה נגרם מתשוקות מודחקות וקונפליקטים הקשורים למיניות שלה. מחקר מקרה זה עזר לתמוך בתיאוריית ההדחקה של פרויד, אשר מציעה כי אנשים עשויים להדחיק באופן לא מודע מחשבות ורגשות לא נעימים.
איש הזאבים
מקרה מפורסם נוסף שערך פרויד היה זה של "איש הזאבים", גבר רוסי בשם סרגיי פנקג'ף שסבל מחרדות ומפוביות. באמצעות ניתוח חלומותיו וחוויות ילדותו של האיש, פרויד הגיע למסקנה ששורש הבעיות הפסיכולוגיות שלו היה זיכרון מודחק של חוויה טראומטית שכללה את הוריו. מחקר מקרה זה עזר לתמוך בתיאוריות ההדחקה של פרויד ובתסביך אדיפוס, וסיפק ראיות נוספות לאמונתו בתפקידו של הלא מודע בעיצוב התנהגות. מקרה איש הזאבים נותר אחד ממחקרי המקרה הידועים והשנויים במחלוקת בתולדות הפסיכולוגיה.