建立細胞學說
施旺最大的貢獻是與施萊登一起創立了細胞學說。早在1665年，英國物理學家、生物學家羅伯特·虎克（R·Hooke）就提出了細胞的概念。他在自製的能放大40～140倍的顯微鏡下發現中空的小室結構，並稱為細胞。虎克發現細胞後，使生物學研究進入了細胞這個微觀領域。同一時期，意大利科學家馬爾比基（M·Malpighi）用顯微鏡證實了虎克的觀察，並把活細胞稱為“小泡”。1675～1683年，荷蘭的列文·虎克（A·Leenwenhoek）製造了能放大270倍的顯微鏡，並首次描繪出骨細胞和肌肉的細胞圖。直到18世紀末19世紀初，對細胞的研究再度升溫，貝爾（C·Mirbel），法國著名的植物學家，他把顯微鏡的觀察與對植物結構特點的推測結合在一起，強調指出細胞是植物界所有結構的基礎。後來德國博物學家奧肯（L·Oken）又拓寬了人們對細胞的理解。1828年，英國植物學家羅伯特·布朗發現了細胞裏的分子運動，後來人稱“布朗運動”。1831年，他又在蘭科植物表皮細胞裏發現了細胞核。1837年，捷克的科學家普金葉（J·E·Purkinje）用顯微鏡發現了神經細胞和小腦神經節細胞，提出了原生質的概念，並認為原生質在細胞中占有重要的地位。後來，他又在動物脾髒和淋巴腺細胞中發現了細胞核，提出動物細胞與植物細胞具有相似性。從以上我們不難看出，細胞學說的建立凝集著許多科學研究者的智慧，正是有了這些知識，才使得施旺和施萊登創建細胞學說成為可能。
施萊登在1838年發表的《植物發生論》中指出，植物是由細胞構成的，細胞核在細胞生長、發育過程中起著重要作用，即提出了植物的細胞學說。施旺在施萊登的啟發下，進一步研究，於1839年發表了《關於動植物的結構和生長一致性的顯微研究》的論文，提出了他的細胞理論。這篇論文共有三部分內容：第一部分，描述蛙的幼體蝌蚪內有脊索和各種不同來源的軟骨的結構和生長；第二部分，提出證據，論證了一切動物組織，無論特化到什麼程度，其結構的基礎還是細胞；第三部分，詳細闡明了細胞學說。
施旺對蝌蚪的脊索和軟骨所作的仔細觀察表明：“它們的結構和發生的最重要的現象與施萊登所描述的植物相一致。”第一部分研究的主要結論是：某些動物組織確實起源於細胞，這種細胞在所有方麵都與植物細胞相似。施旺寫道：“現在我們已推倒了分隔動物界和植物界的巨大屏障，這就是生物體結構的多樣性。”
施旺論文的第二部分是對特化程度很高的各種組織進行研究。他想證明多數或全部動物組織均源於細胞。但要想證明這些，難度很大，因為有的細胞個體相當微小，並且細胞膜很嫩很薄，細胞膜和細胞的內含物折光能力相似，即使用放大400倍～500倍的顯微鏡也很難看清楚。在施萊登的“細胞核在植物細胞發生中起著重要作用”的觀點影響下，施旺指出：有無細胞核的存在是有無細胞存在的最重要、最充足的根據。這一觀點在現代生物學研究中仍有指導意義。為了證明所有動物組織均是由細胞構成的，施旺做了大量的工作，他用顯微鏡觀察了動物上皮、蹄、羽毛、晶狀體、軟骨、骨、牙齒、肌肉、脂肪、神經等多種組織，最後證明它們都是由細胞分化生成的，從而顯示了動物整體是由細胞或細胞產物組成的，如同施萊登描述的植物那樣。
在第三部分，施旺總結了他的全部研究成果後指出：細胞是一切動物體所共同具有的結構特征。動物和植物結構上是統一的，他認為不論是動物還是植物，它們的組織都是由細胞構成的，細胞是生物體結構的共同特征。同時，他還用物理學的某些觀點解釋了生命現象，他提出“有機體是通過細胞分化而發展的”這一有價值的觀點。雖然在施旺的細胞理論中有些概念還很模糊，甚至有些觀點還是錯誤的，但是他的理論主流是正確的、積極的，不完善甚至錯誤的地方有待人們去研究、去修改、去完善。
1838～1839年，施萊登和施旺分別發表了對植物細胞和動物細胞基本認識的論著，他們兩人取得了完全一致的看法，都認為細胞是構成植物組織和動物組織的基本結構單位，從而導致了兩人共同建立細胞學說。
細胞學說闡明了有機體發展和分化規律，無論是植物界還是動物界都具有普遍的有效性，這充分的表明了動植物結構的統一性。
細胞學說的建立，激發了人們探索細胞秘密的激情，使得越來越多的科學工作者投入到細胞這個微觀領域。人們對自然的認識更深刻，在研究層次上從宏觀的個體水平上升到微觀的細胞水平，大大促進了生物學的發展。在以後幾十年中，很多有關細胞的研究成果問世，從而構建了一門新的生物學科——細胞生物學。為了表彰施旺在這一領域中的突出貢獻，人們稱他為“細胞學之父”。