但在另一方麵，為了在修道院裏生存下去，孟德爾不得不硬著頭皮啃那一大堆枯燥晦澀的神學課程，如教義學、教會史、宗教法、神學和倫理學等。四年後，孟德爾修完了修道院規定的神學的全部課程，又經過一年的見習，被正式提升為神父，負責教會醫院的傳教工作。但是，他最感興趣的還是修道院裏的那個小植物園和標本室，一有空閑，就跑到那裏去擺弄花草，搞一些植物雜交實驗。
孟德爾是一個做事認真的人，在他所負責的教會醫院的傳教工作中，他講解得非常認真、努力，表現出了具有傳道、授業的特殊才能。正巧，修道院附近的策涅姆大學預科學校需要一個教物理學和博物學的代理教師。主教納帕看中了這個思想敏銳、活潑好動、勤學上進的年輕人。一天，主教把孟德爾叫到身邊說：“年輕人，去傳授自然科學知識給學生們，你看怎樣?”這正中孟德爾的下懷，他早就想離開這裏，換一個工作環境。因為他患有一種輕微的神經質疾病，每當在醫院裏傳教，看到病人的痛苦狀時，便會極度恐懼，他非常想換一種事情去做，這樣也許更能發揮自己的才能。教師生涯也許能擺脫神學的纏繞，他願意把自己十分喜愛的自然科學知識傳授給學生們。
一般來說，在預科學校當教師，必須受過大學教育並通過教師過關考試，而孟德爾沒有任何資格。但他學識淵博，待人謙虛，講課生動、形象，深受學生們的愛戴。每到節假日，學生們便來到修道院，和孟德爾探討各種問題。孟德爾帶著學生們到植物園，教他們學習植物雜交技術，講解植物花草的有關生物知識。對每一個學生來說，這位和藹可親的教士，既是良師，又是益友。
1850年夏天，孟德爾來到維也納大學參加教師轉正考試，出乎他的意料，他竟然沒有通過這次考試，孟德爾充滿自信的眼中流露出了迷惑和不解，但挫折並不能動搖他的意誌，他接連參加了兩次考試，但都失敗了。原來他的富於獨創性見解的答卷，超過了主考官們所能理解的水平。他們在孟德爾的自然科學試卷上寫著這樣的評語：“該考生對這門課程的傳統知識不夠理解，他使用自己的語言，表達自己的觀念。”囿於傳統知識的圈子內，主考官們當然不能理解這位未來優秀科學家的真知灼見。但是，皇天不負苦心人，英才終究會有人欣賞，維也納大學的物理學教授、物理學評卷人被他的頑強精神所感動，同時也十分欣賞他的物理天賦。1851年暑假，他寫信給納帕主教，建議送孟德爾到維也納大學學習。同年十月，孟德爾來到了這所夢寐以求的高等學府。
維也納大學的進修，對孟德爾來講是從天上掉下來的好事，在他的一生中，這段學習生活無疑是最幸福的。在這裏，他猶如久旱的禾苗貪婪地吮吸著知識的雨露和養分。作為一個進修生，他的學習時間不像其他學生那麼寬裕，他分秒必用，為此，他放棄一切娛樂活動和節假日休息時間。除了必修課外，他還大量閱讀最感興趣的數學、物理學和生物學方麵的書籍。就這樣，孟德爾僅用了兩年時間就學完了一般學生需要用三年多時間才能學完的全部課程。
維也納大學是歐洲有名的大學，這裏集中了一大批優秀的科學家，其中有著名的物理學家——“多普勒效應”的發現者多普勒，著名物理學家、數學家愛汀豪森，歐洲最優秀的植物學家翁格爾等人。孟德爾分別在他們的手下學習和工作過。在他們那裏，不僅學到了一個科學家所必須具備的嫻熟的實驗操作技巧和敏銳的觀察能力，而且還在研究方法上得到了訓練。比如，愛汀豪森的用數學方法解決自然科學研究問題的思想，為以後孟德爾進行遺傳實驗時創立獨特的數學統計方法提供了強有力的思想基礎。
在維也納深造期間，對孟德爾影響最大的是翁格爾教授。這位進化論的先驅者，經常努力地向自己的學生灌輸物種變異與進化的思想。這極大地鼓舞了孟德爾敢於同傳統勢力作鬥爭的勇氣。翁格爾關於植物雜交與變異的理論也為孟德爾以後形成自己的遺傳理論打下了基礎。正是在這些名師的熏陶和指導下，孟德爾受到了係統、嚴格的科學訓練，奠定了全麵的知識基礎，學到了大科學家獨特的研究方法，並且獲得了在修道院裏所不能獲知的科學信息，了解了科學發展的狀況和突破口。這一切都是他日後作出重大科學發現的潛在因素。在孟德爾的一生中，維也納大學的進修，是他科學生涯的重大轉折。
科學研究的典範
孟德爾以優異的成績結束了維也納大學的學習生活。他滿載而歸地回到了布爾諾後，被聘為布爾諾高等技術學院的助教，教物理學和生物學。那年，他32歲。
在學院裏，孟德爾以其自身的優秀品質和淵博的學識很快地博得了教授們的好感。氣象學家耐塞爾教授尤其喜歡這個勤奮、厚道的年輕人。他們早已成了好朋友，兩人經常在一起切磋交流各自在不同領域裏的研究體會。有一天，耐塞爾教授來到修道院，兩人在修道院的林蔭道上談著學術界的各種問題。孟德爾把教授帶到花園裏，去看看教授所關心的他的豌豆實驗。
穿過林蔭道，繞過五彩繽紛、香氣襲人的花圃，他們走進一塊狹長的、種滿了豌豆的園地。這塊地約35米長，7米寬。看上去雖然比較貧瘠，但一排排豌豆卻長勢喜人。孟德爾看見這一串串嫩綠、飽滿的豆莢，高興得合不攏嘴，他把這些豌豆比做他的兒女。孟德爾的做法引起眾人的不理解，有人對他進行譏諷，說他行為“反常”，有人說他隻不過是為了消遣而已，作為孟德爾的好朋友，耐塞爾也不理解他為什麼要這樣癡迷，但是，教授相信孟德爾的所作所為，還是很支持他的實驗。孟德爾看著教授疑惑的臉，知道他心裏想著什麼。“我將年複一年地觀察這些豌豆的子子孫孫們，通過實驗找出植物遺傳的規律性。”孟德爾對教授這樣說。他毫不理會庸人們的嘲笑。他心中早有定數：要解決植物的形態和花的顏色等根據什麼法則傳遞給後代的問題。
在我們開始進行自然科學研究之際，僅糊裏糊塗地做實驗是沒有意義的。我們首先必須考慮好要解決什麼問題，用什麼做材料，采取什麼樣的方法進行實驗以及如何處理其結果等。這些都是事先計劃好並根據它來開展研究。孟德爾就是出色地處理這些問題的典範。
對於生物性狀遺傳問題的探討，孟德爾早就十分關注了。還是在18世紀中葉，科學家們就開始進行動植物的雜交實驗，當時是圍繞“雜交能否產生新種的問題”。到了18世紀末期，這個問題解決了，雜交實驗的結果打破了神創說者的“物種不變論”。到了19世紀，關於動植物的雜交研究又進一步朝兩個方向發展，一個方向是園藝學家或植物育種專家為了提高農作物的產量，通過雜交悉心培育優良的新品種；另一個方向則是理論研究，探索生物遺傳與變異的奧秘，即：生物性狀的遺傳是否有規律可循?許多生物學家的實驗得出同一結論：似乎是有規律可循。但是究竟是什麼規律?為什麼會產生這種有規律的遺傳現象?這些問題成了當時生物學家迫切需要解決的重大課題。孟德爾決定向這個課題發起衝擊，進行一種豌豆雜交實驗。
孟德爾為什麼會選擇這個研究課題呢?當然除了他從小對植物和園藝的愛好外，更重要的是，在著名的植物學家翁格爾的指導下，孟德爾懂得，確定研究課題的關鍵是尋找當代科學發展的突破口，解決迫切需要解決的重大課題，才可能得到前人所沒有得到的重大發現。
豌豆實驗
1856年春，孟德爾向修道院要了植物園中一塊廢棄不用的荒地，種植和栽培了豌豆、菜豆、玉米、草莓等，他還飼養了蜜蜂、家鼠等小動物，以便能從中挑選能進行動植物遺傳雜交試驗的材料。經過反複實踐，他確定豌豆是最適宜做雜交實驗的。孟德爾從種子商那兒得到了許多品種優良的豌豆，花了兩年時間進行選種，從中選出了一係列具有單一性狀的優良品係用於實驗。他認識到每次實驗必須要注意單一性狀。例如，種子的性狀，而不是整個植株。他選了22個性狀穩定的品種，又選出了其中7對性狀可以明顯區分的，如黃色和綠色的葉子，高莖和矮莖，光滑種子和皺皮種子，豆莢飽滿的和不飽滿的等等。他在實驗中發現：用於雜交實驗的品係的子代的某一特定性狀總是類似於親代。
豌豆是自花授粉進行繁殖的，植株的結構使某一朵花的花粉通常落到同一花朵的柱頭上而發生受精作用，這叫自花授粉。然而雜交也比較容易做到。孟德爾打開一花芽，在花粉散落之前就除去雄蕊，從而防止自花授粉，然後他給這朵花授以另一朵花的花粉。在一次實驗中，孟德爾用結飽滿種子的植株與結皺縮種子的植株進行雜交，由此研究種子性狀的遺傳。實驗結果非常明確：產生飽滿種子的植株不管作為父本還是母本，子一代(F1)雜種植株全部都結出飽滿種子。皺縮性狀看來是被飽滿性狀的顯性所掩蓋了。孟德爾發現他選定研究的七種特征都是這樣的情況。在每次試驗中，F1雜種隻出現兩個相對性狀中的一個，孟德爾把這類性狀(飽滿種子、黃色豌豆和腋生花等)稱為顯性性狀，而那些在F1雜種不能顯現的性狀(皺縮種子、綠色豌豆和頂生花等)稱為隱性性狀。