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Seu excelente desempenho nas fórmulas anteriores (especialmente na Fórmula 3 inglesa em 1983) o levou a estrear na Fórmula 1 no Grande Prêmio do Brasil de 1984 pela equipe Toleman-Hart. Logo na sua primeira temporada na categoria máxima, Senna demonstrou rapidamente um talento excepcional. Marcou seu primeiro ponto logo no segundo grande prêmio que disputou, em Kyalami, na África do Sul. Ele repetiu o resultado duas semanas depois, no Grande Prêmio da Bélgica, disputado no circuito de Zolder. Uma semana depois, o piloto brasileiro não conseguiu tempo para o Grande Prêmio de San Marino. Foi a única vez na carreira que isso aconteceu. Mas sua performance no GP de Mônaco em 1984 trouxe-lhe todas as atenções das demais equipes. Classificou-se em 13º no grid de largada e fez um rápido progresso através das estreitas ruas de Monte Carlo. Na volta 19, passou Niki Lauda, que estava em segundo, e começou a ameaçar o líder Alain Prost, e continuou por várias voltas lutando pelo primeiro lugar com seu limitado Toleman. A esta altura já chovia muito no circuito e a corrida foi interrompida na volta 31 por razões de segurança. Senna chegou a comemorar a vitória ultrapassando Alain Prost a poucos metros da linha de chegada mas, nesses casos, o regulamento mandava considerar as colocações da volta anterior e, ainda, por ter sido interrompida com mais da metade da corrida, os pontos deveriam ser computados pela metade. Senna ainda ganhou dois pódios naquele ano - terceiro no Grande Prêmio da Inglaterra, em Brands Hatch, e no GP de Portugal, em Estoril. Isso o deixou empatado com Nigel Mansell com 13 pontos, apesar de ter perdido o GP da Itália (antepenúltima prova), quando a Toleman o suspendeu de correr por quebra de contrato, depois de ele ter assinado com a Lotus para o ano de 1985.