1854年以後，在布隆修道院做神父的孟德爾同時還在布隆國立德文高級中學代課，講授物理學和博物學，為時長達14年之久。在此期間他完成了著名的豌豆實驗，並成為摩拉維亞農業協會自然科學分會的會員。1867 年，布隆修道院老院長納普去世，孟德爾繼任。從此，孟德爾為宗教職務所累，告別了教學和研究工作，直至1884年去世。
孟德爾的豌豆實驗是從1855年開始的。從孟德爾的原始論文來看，他的實驗目的很明確，就是通過植物雜交來探索生物的遺傳規律。他用了34個豌豆品種，花了兩年時間檢驗它們的純種性，從中挑選出22個品種。經過仔細觀察，在這22個品種中，他又選出7對具有明顯差異性狀的品種。然後，孟德爾針對這7對相對性狀，一對一對地進行雜交和後代分析工作，這7對相對性狀分別是：種子形狀、種子顏色、種皮顏色、豆莢形狀、豆莢顏色、花的位置、莖的高度。
孟德爾發現，每對雜交的子一代都表現顯性性狀，但子一代自花授粉產生的子二代就發生顯性性狀與隱性性狀的分離，而且顯性類型數目與隱性類型數目都接近3∶1。
由此，孟德爾提出顆粒性遺傳因子的概念，並推論遺傳因子在生物的體細胞中成對存在，體細胞形成生殖細胞時，成對的遺傳因子發生分離，分別進入不同的生殖細胞中。這就是我們今天所說的遺傳分離規律或孟德爾第一定律。雜交子一代產生的生殖細胞隨機兩兩結合的結果，便導致了子二代性狀呈3∶1的分離。
孟德爾所說的遺傳因子具有顆粒性與獨立性，不同的遺傳因子在細胞中並不相互融合，形成生殖細胞時成對的遺傳因子會相互分離。這種顆粒性遺傳思想，使人們摒棄了以前長期流傳的融合式遺傳概念，這是孟德爾在科學思想史上的一項重大貢獻。
孟德爾從3∶1這樣簡單的整數比得到遺傳因子具有顆粒性的概念。這種從整數比到顆粒性的邏輯推理，很可能受到過英國化學家道爾頓的思想影響。1807年，道爾頓發現化學中的倍比定律，即兩種元素化合成多種化合物時，與定量甲元素化合的乙元素，其質量成簡單的整數比，由此道爾頓推論元素由微觀顆粒——原子組成的思想，並認為分子由原子組成，得出著名的“原子-分子論”。
在孟德爾之後，1900年，德國物理學家普朗克提出，隻有當振子能量為某一常量的整數倍時，黑體輻射理論中的種種困難才能消除，從而推論微觀形式的能量以顆粒性方式存在，創立量子論。這也是一個由整數比到顆粒性的邏輯推理的著名例子。
在揭示了一對相對性狀的遺傳規律之後，孟德爾就進一步研究兩對相對性狀的遺傳。孟德爾發現，具有兩對不同相對性狀的親本豌豆雜交所得的子一代，兩對相對性狀都隻表現顯性性狀，但在子一代自交所得的子二代中，出現了4種不同類型，其中兩種是兩個親本分別具有的性狀組合，另外，還出現了不同於親本的兩種重新組合。孟德爾由此推論，在體細胞形成生殖細胞時，不同對的遺傳因子可以自由組合。這就是我們今天所說的遺傳的自由組合規律或孟德爾第二定律。
三更燈火五更雞，正是男兒讀書時。黑發不知勤學早，白首方悔讀書遲。
——顏真卿
是什麼在控製著遺傳一母生九子，九子各不同，雙胞胎也沒有完全一模一樣的。那麼，是什麼在控製著遺傳的不同呢？
細胞是生命個體最小的結構單元，雄性的精子和雌性的卵細胞結合形成的受精卵是一個新的生命個體發育的開始。由此我們可以肯定，在雄性的精子和雌性的卵細胞，也就是生殖細胞中，藏著我們所要尋找的物質——遺傳物質。正是生殖細胞中的遺傳物質導致了子代與親代的相似，在生物的親代與子代之間搭起了物質傳遞的橋梁。當然，遺傳物質並不僅僅在生殖細胞中存在，體細胞中也存在有遺傳物質。
精子和卵細胞中的遺傳物質是什麼？
在古代，勞動人民已經在不自覺地利用生物子代與親代之間遺傳的關係來進行農作物的育種，也有一些學者對遺傳現象進行了思辨式的探討。許多學者認為，作為生殖物質的精液來源於血液。如古希臘的希波克拉底、阿那克薩哥拉、德謨克利特和亞裏士多德等學者。直到今天，人們仍然用“血緣關係”來指親緣關係，也有“血脈相連”“血濃於水”等說法。