18世紀歐洲就開展了大量的植物雜交的實驗。德國植物學家克爾羅伊特在18世紀60年代首先從事各種煙草的雜交試驗，發展了人工雜交技術。他發現無論是正交還是反交，雜種的外表都難以區分，由此他指出在決定雜種性質時，兩個親本起著同等的作用。他通過與親種反複回交的方法，把親種的性質逐步轉移給了雜種。但由於當時受物種不變信念的影響，他的試驗結果未得到重視。19世紀40年代德國植物學家格特納在實驗方法和對雜種及其親種的比較描述方麵，較之前人又有了很大的進展。他細致分析了9000多個實驗的結果，發現純種之間雜交總是產生相同形態的雜種；認為雜種形成不像一種化學過程，而類似於動物的生殖過程。他早在19世紀20年代就統計出玉米雜交第二代的性狀分離比率為3.18∶1，但無法給予解釋。達爾文曾高度評價格特納的工作，認為他的研究價值超過了所有其他學者的總和。以後，法國植物學家諾丹在60年代發現雜種第一代表現一致，而第二代則出現雜亂的變異，各種類型的數目，完全由機遇決定。認為“配子的純度”和各種雜交類型的產生都服從於概率定律。
此外，還有一批植物育種工作者長期從事品種間雜交。他們經常研究植物的個別性狀，並在許多世代中追蹤其結果。其中法國農學家薩熱雷於1826年就兩個甜瓜品種5組相對性狀做了雜交試驗，根據雜交結果，他指出性狀的自由組合，並引進了“顯性”的概念。另外，這期間歐洲有些育種學家已發現豌豆作為雜交育種實驗材料的優越性。以上的大量工作，均為以後發現遺傳規律奠定了基礎。
奧地利布隆修道院修道士孟德爾對植物雜交和遺傳現象很感興趣，仔細閱讀過前人的工作，包括格特納的著作。他於1856年開始從事豌豆雜交試驗，由於受翁格爾關於研究變種是解決物種起源的關鍵這一思想的影響，他采用了種群分析法，而不是研究單個個體。他選擇了豌豆品種這一理想材料作為研究對象，又把工作限於彼此間差異十分明顯的單個性狀的遺傳過程，而使實驗結果大大便於統計分析。經過8年研究，孟德爾於1865年2月8日和3月8日兩次在布隆自然科學協會上報告了他的實驗研究結果。反映實驗結果的論文《植物雜交的試驗》發表在1866年《布隆自然科學協會會刊》第四卷上。他的主要結果可概括為：①分離規律。雜交第一代通過自花授粉所產生的雜種第二代中，表現顯性性狀與表現隱性性狀個體的比例約為3∶1；②自由組合規律。形成有兩對以上相對性狀的雜種時，各相對性狀之間發生自由組合。孟德爾為解釋這些結果，提出一些假設。如遺傳性狀由遺傳因子所決定，每一植株含有許多成對的遺傳因子；每對遺傳因子中，一個來自父本雄性生殖細胞，一個來自母體雌性生殖細胞；當形成生殖細胞時，每對遺傳因子互相分開，分別進入一個生殖細胞等等。他的實驗結果及其假設表明遺傳絕不是融合式的，而是“顆粒式的”，亦即決定某一相對性狀的成對遺傳因子在個體內各自獨立存在，互不沾染，不相融合。刊載孟德爾這一突破性的重大研究成果的《布隆自然科學協會會刊》曾被分送到120個單位，在歐洲很多圖書館內都可找到這篇論文。他本人還把論文寄給當時植物學界的權威人士內格利。但他的成就對他同時代的生物學家和有關遺傳的研究沒有產生影響，被埋沒了35年之後，直到1900年才被重新發現。
與孟德爾同時代的達爾文在1868年出版的《動物和植物在家養下的變異》一書中，提出“泛生論”的暫定假說，說明他並未看到孟德爾的論文。達爾文設想體內的各類細胞中，均具有代表其自身的胚芽。雜種內的鑲嵌特征是親本胚芽混合所致。他認為在生活周期的任何階段細胞都可放出胚芽，胚芽隨血流循環，通過分裂而增殖並發育成同樣的細胞。胚芽也可積累在生殖細胞內，並傳遞給後代。當環境條件發生變化時，胚芽也會發生改變，並將此新的獲得特性傳給後代，但是達爾文的這一假說很快就被其表弟高爾頓的輸血實驗所推翻。