但是他坚持认为自己是正确的，而植物学教授是错误的。他要证明这一点。回到布尔诺后，他说服了修道院院长，在修道院的花园中划给他一块地方做植物的杂交实验。这块二百平方米的小小的实验田，成为了遗传学的诞生地，做为遗传学的圣地至今仍被保留着。
当时生物学的常规研究方法是，先进行观察和实验，再分析结果，然后提出假说。但是孟德尔所受到的物理学教育却使他反其道而行之：他先设想了一个假说，然后用实验来证实或否证。
他的假说是，生物性状的遗传是靠传递基本因子（也就是我们现在说的“基因”）来实现的，而性状的分布能够被相当精确地预测。他选择了豌豆杂交实验来验证这个假说。在他之前，已有很多人做过杂交实验研究遗传机理，但是他们选择的春秋网http://bbs.cqzg.cn植物都存在极其复杂多样的性状，无法得出明显的结果。孟德尔选择豌豆，是一个非常聪明的选择。豌豆的不同品种有着一些非常显著的不同性状，有的高，有的矮；有的结黄色种子，有的结绿色种子；有的结饱满的豆荚，有的结有皱纹的豆荚等
等，孟德尔从中挑出了几对性状进行深入的研究。豌豆的花结构也使孟德尔能够仔细地控制其受精。豌豆是雌雄同花的，孟德尔如果想得到纯种，就让豌豆自花传粉。而如果他想做杂交，可以把一朵花的雄蕊去掉以避免自花传粉，然后让雌蕊接受所选择的种株的花粉。
孟德尔首先研究一对性状，比如圆形种子和皱形种子的遗传。如果让结圆形种子的豌豆和结皱形种子的豌豆杂交（我们把它们叫作母本Ｐ），产生的第一子代Ｆ１会是什么样的呢？按照“常识”，父母的性状会融合起来传给子代，比如黑人和白人结婚后生出的儿女的肤色就是不黑不白的，所以这Ｆ１结出的种子也该是介于圆形和皱形之间了。但是孟德尔得到的却全部是圆形的种子。孟德尔说，这是因为春秋网http://bbs.cqzg.cn圆形种子这个性状是显性的，而皱形种子是隐性的，它们的后代就只能表现出显性性状，也就是圆形的种子，性状的遗传并不融合。但是隐性性状并没有从此消失。孟德尔让Ｆ１相互交配，产生了第二子代Ｆ２，结果皱形种子又出现了。孟德尔把Ｆ２结的种子收集起来，算了一下，共得到５４７４颗圆形种子和１８５０颗皱形种子，比例大约是３比１。
孟德尔这么解释这个实验结果：每一个性状都由一对遗传单位（为表达的方便，我们改称现代术语“基因”）控制，分别来自父母。在每一个配子（卵子和精子）中只有一个基因，受精形成合子后才又恢复到一对。在母本Ｐ中，结圆形种子的有一对相同的基因，我们把它们称为ＳＳ，而结皱形种子的则为ｓｓ。ＳＳ产生带Ｓ的配子，ｓｓ产生带ｓ的配子，二者结合后生成基因型为Ｓｓ的Ｆ１。由于Ｓ是显性基因而ｓ是隐性，Ｆ１的性状（表现型）就是圆形种子。Ｆ１产生Ｓ和ｓ两种配子，相互交配的结果，会产生三种基因型：ＳＳ，Ｓｓ和ｓｓ，比例是１：２：１，由于ＳＳ和Ｓｓ都结圆形种子，圆形种子和皱形种子的比例就成了３：１了。
怎么验证这个解释呢？孟德尔想：如果我的解释是正确的，那么在Ｆ２那些结圆形种子的，实际上有ＳＳ和Ｓｓ两种基因型，比例是１：２，如果让它们互相交配，三分之一（ＳＳ）会只生成圆形种子，而三分之二（Ｓｓ）则象它们的父母Ｆ１，会同时生成三倍圆形种子和一倍皱形种子。孟德尔做了这个实验，果然得到了预测的结果。但是孟德尔还不放心，他又设计了这么个实验：让Ｆ２中结圆形种子的去跟结皱形种子的杂交。如果象他所想象的那样，Ｆ２圆形种子中，三分之一是ＳＳ，与皱形种子（ｓｓ）杂交，会全部产生结圆形种子的后代（Ｓｓ）；剩下的三分之二是Ｓｓ，与ｓｓ杂交，后代会有一半结圆形种子（Ｓｓ），一半结皱形种子（ｓｓ）。实验结果也正如孟德尔所预测的。孟德尔总共研究了七对性状，都得到了相同的结果。这样，孟德尔的假说就被证实了，它说明生物的性状是由一对基因控制的，在产生配子时，这一对基因分离进入不同的配子，这就是孟德尔第一定律，也称为分离定律。
孟德尔接下来研究两对性状的遗传。他已经知道圆形种子和黄色种子都是显性的，而皱形种子和绿色种子是隐性的。让结圆形、黄色种子的豌豆（ＳＳＹＹ）和春秋网
