聽到這些消息，梅契尼可夫忍無可忍，他改變自己的初衷，不再回俄國工作了。他又重新回到巴黎，並且在那裏一直從事他的研究工作，直到1916年他逝去時也沒能再看到自己的祖國一眼。
不迷信權威
早在敖德薩大學工作的時候，梅契尼可夫就開展了比較胚胎學的研究，他研究的對象包括低等的無脊椎動物，也有脊椎動物。
當時，比他年長的一些專家、教授在這方麵已經做了不少工作。例如俄國著名的胚胎學家貝爾就已經研究了高等動物的胚胎學，他提出了一種“胚葉”的理論。認為高等動物的胚胎是從一個受精卵子開始，一分為二、二分為四的不斷分裂下去，變成了一團多細胞的胚層。胚層後來分成3層，分別叫外胚層、中胚層和內胚層。這3個胚層繼續發展下去，就分別發育成生物體的不同器官和組織。
胚層又稱為胚葉。這就是“胚葉”的理論。
貝爾的胚葉理論是指高等脊椎動物而言的。梅契尼可夫研究比較解剖學，他想弄清楚貝爾的“胚葉”理論，對低等的無脊椎動物是不是同樣適應呢？
當時，因為還沒有人進行過這種工作，所以對貝爾的理論都深信不疑。
梅契尼可夫決定用低等動物做實驗，他選擇了頭足類軟體動物和昆蟲這兩種無脊椎動物做為實驗的對象。
低等動物的生命力比較強，很容易被分裂、繁殖。經過梅契尼可夫認真深入的觀察，他終於證實：貝爾的胚葉理論不僅是脊椎動物的胚胎發育原則，就是在昆蟲、軟體動物這些無脊椎動物身上，它們的發育同樣經曆著胚葉的發育階段，其中外胚葉逐漸分化發育成動物的表皮層和神經係統；中胚層不斷分化，變成許多小節，再分化成各種器官；而內胚層則最後分化成消化器官的內壁層。
換句話說，梅契尼可夫用實驗證實，貝爾的胚葉理論既是說明高等動物胚胎發育的理論，它同樣適用於低等動物的胚胎發育。
在同一時期，在胚胎學界還流行著另一種學說，叫做胚胎“二源論”，認為：多細胞的動物在胚胎時期，有兩種不同的發育情況。一種是在胚胎體內有體腔的，另一種則是沒有體腔的。這種學說在當時占統治地位，有很大的影響，大家都認為是正確的。
梅契尼可夫在研究胚胎的過程中，發現所有的胚胎都是同一個情況，並不像“二源論”所說的那樣，有兩種不同的發育情況。
但是，以前他沒有專門研究這個問題，而僅僅是有點印象。搞科學研究，光憑印象可不行。
梅契尼可夫決定把這個問題弄清楚，他決定做實驗來看個究竟。
在有脊椎動物，所有的胚胎都曾發展到有體腔的階段，所以，主要的問題是弄清楚無脊椎動物是否有體腔發育上的不同。
他選擇了兩種動物，一種本身是有體腔的，一種則沒有。他們分別是棘皮動物和櫛水母，後者是沒有體腔的。
他從最簡單的單細胞開始，認真觀察，一直到它們分別發育為成形的動物。每一個階段他都有認真的記錄，並且繪成圖形。
經過這個比較研究，他終於得出結論：“二源論”的理論是錯誤的。動物在其胚胎發育的階段，不管是高等的，還是比較低等的，都同樣經曆相似的發育階段。盡管發育成熟的動物在形態上差異很大，甚至絕然不同，但它們在發育時的經曆，基本上是同一個格局的。
梅契尼可夫這個研究，在很大程度上給予達爾文的生物進化論以重要的支持，說明動物不論高等還是低等，都有一個共同的祖先。
他就是這樣，不迷信權威，敢於懷疑已有的、被認為理所當然的一些理論。他認為：理論是人們提出來的，可能是對的，也可能有錯誤，需要用實驗來加以驗證。
他同時也認識到，自己對已有的理論的懷疑，也同樣有兩種可能：一種是對的，另一種是錯的。經過自己進行驗證，可能得出正確的結果，即否定原來的假設或理論，提出新的學說和理論。當然，也可能得到負的結果，也就是說沒有足夠的證據來推翻原有的理論或學說，或者得出支持原來學說的結論。
不論哪一種結果，都需要通過艱辛的勞動，耐心的觀察、實驗、研究，所得到的結論才是可靠的。科學的發展既需要有正麵的結果，也需要有反麵的結果，隻有這樣，科學才能前進、發展。
顯微鏡下的遊戲
梅契尼可夫生活的時代，顯微鏡還剛剛在科學研究中發揮作用。德國的科赫用它發現了致人於病的病原微生物——細菌。梅契尼可夫本人對顯微鏡的應用也特別感興趣。
他常常用顯微鏡來觀察低等動物。在顯微鏡下麵，能看到低等動物透明的身體，體內各種生理活動，隻要把這些動物放在適宜他們生活的水中就可以觀察到。
開始，他隻是觀察動物的自然活動。例如，一些單細胞動物如阿米巴，他們所需要的食物就是水中的微粒。他們能用自己的身體把整個微粒包圍起來，並把它消化掉，以吸取自己所需要的營養。
多細胞動物也具有同樣的生理機能。為了證實這一點，梅契尼可夫做了許多實驗，當時他正在意大利的梅辛那。