为了更好地探究这个美丽的世界，1851～1853年间，孟德尔到维也纳大学学习数、理、化和生物学知识。在那里，奥地利植物学家翁格讲授的“植物生理学与显微技术”，使他认识到细胞学说的伟大意义，对他后来发现遗传规律有深刻影响。1853年，孟德尔回到布伦，在修道院讲授科学。故乡的育种活动引起他的兴趣，于是从1854年起，他在修道院的花园里进行了长达9年的豌豆杂交遗传实验的研究。然而他的研究结果在当时未被人们接受，他心灰意冷，回到修道院的修行室和学校的课堂里，1868年被推选为布伦修道院的院长。
1884年1月，孟德尔与世长辞，很多人悼念他，吊唁人都知道他是一个可爱而执拗的老祭司，却没有人知道他是一个出类拔萃的科学家。
公布了豌豆杂交的试验和理论
在布伦主考官们的眼里，孟德尔是很愚昧的，他不能成为一个学者，甚至不能承担起正式教育青年的责任。孟德尔全然不理会这些世俗的眼光，他继续使用自己的语言来表达自己的思想，他所选择的道路，是从大自然本身去发现并证明大自然的隐而未显的秘密，而不是完全依赖传统的知识。他期望通过研究植物的遗传，以达到对人类遗传的秘密有所了解。“我们怎样才能解释生物的千姿百态的形状和颜色呢?”为了找到可能的答案，他把修道院的花园变成了一本活的教科书。
在孟德尔生活的时代，欧洲有许多园艺家做了大量的杂交实验以培养蔬果花卉的新品种，但是都找不出杂种及其后代所表现出的遗传和变异规律，因而不能预见杂交产生的后果，惟独孟德尔通过实验发现了遗传学的两条定律，提出了遗传因子的科学假设。这与孟德尔的科学思想方法是分不开的。
孟德尔在做各种杂交实验的同时，广泛研究了前人的杂交实验，从而发现了他们失败的主要原因，在于忽视了对实验材料的正确选择。他认为，任何实验的成败都取决于是否选用了合适的实验材料。实验所选择的材料必须能最大限度地表现对象的本质和规律；要从复杂多样的生物性状中寻找出统一的遗传规律，应采用“纯化”的方法，先暂时撇开次要的、非本质的东西，让研究对象内部主要的、本质的东西突显出来，从纯粹的形态上加以考察。沿着这条科学的思路，孟德尔对许多种类的植物做了精心挑选，最后发现豌豆是一种适合于做遗传学实验的理想材料。此后，他在教堂的花园里栽培了几十种豌豆，年复一年地精心进行杂交实验。
孟德尔之所以采用豌豆作实验材料探寻遗传规律，自有他的理由。他发觉自然界大多数植物都是异花授粉的杂合遗传型，性状的遗传表现得比较复杂，用这些植物作研究材料，难以确定杂种后代的不同性状的数目，无法用统计方法找出遗传规律。要保持材料“纯系”的性质，采用的植物必须在其生长过程中严格自花授粉，特别是在开花期不受异花传粉的干扰。豌豆花的结构形态恰好符合这些要求。同时，豌豆在茎秆、花色、叶子、花柄、豆荚、种子的形态、颜色等方面都有明显区别的相对性状，这恰是研究性状遗传的好材料。孟德尔在精心选择实验材料的同时，拟定了新的工作方法。他将具有不同区分性状的豌豆进行杂交，追踪观察这些性状在后代的分布情况，并对实验结果进行仔细的统计分析。经过9年的辛勤工作，孟德尔一共进行了7对性状的试验研究。这里，我们仅以两对性状为例介绍其实验结果和分析。
第一，植物的每一性状(如颜色)都由一对因子所决定，其中一个因子来自父方，另一个来自母方。当双亲都把自己的一个因子传给杂种第一代时，一个因子会压抑或遮盖另一个因子的作用，使受压抑或被遮盖的因子表面隐匿起来，但它并未消失，前者称为显性因子，后者称为隐性因子。例如，红花豌豆与白花豌豆杂交，子一代都是红花，因为红花对白花是显性。
第二，杂交第二代发生性状分离，这时雌雄配偶子中所携带的单个因子随机结合，又相互分开，分配到不同的个体中去得到四种遗传类型的个体，从外表看，显性个体同隐性个体的比例是3：1。即红花豌豆与白花豌豆杂交所得子一代红花豌豆，自花授粉所生长出的子二代豌豆，出现了红花与白花豌豆分离的现象，红花豌豆与白花豌豆出现的比例是3：1。
第三，如果是两对性状(如颜色、高度)杂交，即双亲各带有两对遗传因子时，在杂交第二代中不同的因子独立分配，互不干扰，不但出现了双亲所具有的两种组合性状，而且还会出现双亲所没有的两种组合性状，其分离的比例是9：3：3：1，即按比例来说，两对不同性
状均呈显性者为9／16，两对性状中一对呈显性而另一对呈隐性者分别为3／16，两对性状都呈隐性者只占1／16。例如，红花高植株豌豆与白花矮植株豌豆杂交时，子一代都为红花高植株，子二代中红花与白花、植株高与植株矮各成3：1的比例，所以出现红花高植株、红花矮植株、白花高植株和白花矮植株四种豌豆，成9：3：3：1的比例。1865年，孟德尔在布伦博物学会上宣读了自己的论文，公布了他的关于豌豆杂交实验的结果和他的理论概括。1866年，他的论文《植物杂交实验》发表于布伦自然历史学会的会刊上，并出版了单行本，分发到欧洲120多个图书馆。
孟德尔定律的重新发现
孟德尔的伟大发现，并没有为他同时代的人接受，也没有引起学术界的重视。1900年，荷兰植物学家
