达尔文进化论揭示了生物在自然条件选择下，其遗传和变异交互作用，形成进化过程。虽然每一代物种都出现某些变异，但只有那些与环境相适合的变异才被保留下来。达尔文的进化学说确实把遗传问题提了出来，并作为进化得以发生的一个重要因素。
但是，达尔文本人在进化机制方面更多地注意到变异，对遗传则语焉不详。事实上，进化论一面世所受到的最有力的打击就是来自遗传方面。自然选择毕竟缓慢，而物种的变异却一代接一代地发生，那些有利的变异会不会在自然选择尚未起作用之前就消失了呢？当时流行着一种融合遗传理论，认为变种在与正常物种交配的过程中，各种性状变异将融合成一种中间状态。很显然，这种向中间状态的融合比起自然选择过程要迅速得多。因此，如果融合遗传理论是对的，那么自然选择对于进化将不起任何作用。
达尔文深知这一困难是极为致命的，所以后期他越来越多地采纳了拉马克的获得性遗传的观点，以此补充他的自然选择学说。但是他不知道，奥地利一位修道士正在从事的工作，完全可以帮助他解决这一致命的困难，而无须回过头去求助于拉马克。这位修道士就是孟德尔。
孟德尔出生于一个贫苦的农民家庭。他虽然天资卓越，却没钱接受良好的教育。少年时曾为一位庄园主照看庄园里的果树，长大后进入故乡的奥古斯丁修道院，以解决生存问题。1851年，他由修道院送进维也纳大学学习自然科学课程。这期间，他学习了数学、物理学、化学、动物学、植物学、昆虫学等，与著名的科学家有过来往。据说他曾为多普勒当过物理实验的演示助手。他还参加了维也纳大学的动植物学会，发表过一些生物学论文。1853年，孟德尔回修道院当了神父，并开始在附近的教会学校任教。
1854年夏天，孟德尔在修道院的花园里种植了34个株系的豌豆，开始从事植物杂交育种的遗传研究。豌豆是一种自花授粉的植物，孟德尔同时进行自花授粉（同一品种自我生殖）和人工杂交授粉（用不同品种杂交生育）。他将授粉后的植株仔细包扎起来，以免发生其他意外的授粉。下一代生长出来后，继续进行同样的授粉实验。用这种方法，孟德尔能够仔细研究子代与亲本之间的遗传关系。
他首先考察株的高矮这两种性状的遗传情况，结果发现，矮株的种子永远只能生出矮株，因此它属于纯种。高株则不同，约占高株总数三分之一的高株属于纯种，一代代生育高株，其余的高株的种子生出一部分高株、一部分矮株，高矮的比例大约总是一比三。这说明高株有两类，一类是纯种的，一类是非纯种的。将矮株与纯种高株杂交会出现什么现象呢？孟德尔吃惊地发现，杂交生出的全是高株，矮株的性状似乎全都消失了。但是，将这一代杂交出的高株进行自花授粉，结果新一代四分之一是纯矮种，四分之一是纯高种，四分之二是非纯高种。
这种规律性简直是太神奇了。孟德尔认识到，豌豆的高矮性状在遗传时表现不同，前者是显性的，后者是隐性的。也就是说，在它们均存在时，只显现高性状。但矮性状并没有消失，等到在下一代出现没有高性状的植株时，矮性状就表现出来了。
这种显性和隐性的性状遗传是否具有普遍性呢？孟德尔接着考察了其他一些性状，结果发现类似的遗传规律也在起作用。如圆皮豌豆与皱皮豌豆杂交，圆皮是显性性状，皱皮是隐性性状；紫花豌豆与白花豌豆杂交，紫花是显性性状，白花是隐性性状。其性状的分配规律恰呈三比一。
经过多年的育种实验，孟德尔掌握了大量的数据。1865年，他总结了自己多年的研究工作，写出了《植物杂交试验》的实验报告。他在论文中指出，植物种子内存在稳定的遗传因子，它控制着物种的性状。每一性状由来自父本和母本的一对遗传因子所控制。它们只有一方表现出来，另一方不表现出来。不表现的一方并未消失，会在下一代以四分之一的比例重新表现出来。孟德尔的论文首先在布隆的博物学会宣读，并于次年发表在该会的会议录上。
孟德尔将论文的副本寄给了当时德国著名的植物学家耐格里。耐格里深受德国自然哲学的影响，早在1844年就提出过生物通过内在动力发生进化的理论。他还指出，细胞也具有其内在结构，还不是生命的基本单元。比细胞更小的分子团组成了细胞，是生命的基本单元。19世纪60年代，他进一步指出，某些分子团里面含有遗传物质，它被称为“细胞种质”。耐格里不相信单靠自然选择这样的外力就能发生进化，因此反对达尔文的进化论。
孟德尔读到耐格里的细胞种质学说深受启发。他觉得他关于豌豆的育种实验正好可以证明耐格里的细胞种质学说，因此把自己的论文寄给了耐格里。没想到，孟德尔的论文根本没有引起耐格里的注意。他只草草地看了一遍，而且对其中复杂的数学计算感到十分厌烦。他只崇尚那些恢宏的体系和富有哲理的思辨，而孟德尔的论文看起来是那样琐碎而平凡，怎么可能对如此重要的遗传问题有所洞察呢？耐格里给孟德尔回了一封信，信中答应自己重复一下孟德尔的实验（耐格里只是说说而已，实际上后来根本没有做豌豆杂交实验），并建议用山柳菊再试试，因为他怀疑所谓纯种实际上仍然是杂种。孟德尔确实也花了几年时间从事山柳菊的杂交试验，但结果不尽如人意。这使他极为灰心丧气，加上他1868年被任命为修道院院长，不再有闲暇从事他所热爱的植物学研究，遗传学的发展就这样中断了。
孟德尔的工作是划时代的，其伟大之处在于把近代科学的实验加数学的方法运用到遗传问题的研究之中。植物的杂交试验当时非常普遍，但只有孟德尔对所有的杂交后代进行数学统计，也只有他用纯种进行试验，考察单个性状的遗传规律。正是这种特殊的科学方法使他将理性之光引入了遗传学领域，照亮了这块长期漆黑一团的神秘领地。由于孟德尔像拉瓦锡将化学确立为科学一样将遗传学确立为科学，人们往往称他是“植物学上的拉瓦锡”。
令人叹息的是，孟德尔的工作一直默默无闻。当时的大多数生物学家关注的是进化论的博物学研究，感兴趣的是一些对人有利的生物优良性状的遗传问题，加上孟德尔的遗传定律过于简单，许多性状的遗传由于受多种因素控制，并不遵循这一定律，所以，连孟德尔也意识到自己的工作不会得到别人的理解。事实上，孟德尔自己后来都有些怀疑这个工作是否具有普遍意义。他读过达尔文的《物种起源》，甚至为之作注，但他也未意识到他的遗传学研究正好为达尔文的自然选择进化论提供了强有力的支持。
事实上，孟德尔的文章有许多人读到过，但读者要么是懂数学但不懂植物学，要么是懂植物学但不懂数学，文章都未引起他们的注意。达尔文1882年去世，他生前差一点接触到孟德尔的文章，但终究没能获知自己学说之中的最大漏洞已被填平。孟德尔1884年去世，他也不知道自己的开创性研究将会获得多么巨大的荣誉。耐格里1891年去世，他到死也不知道自己对遗传学犯了一个多么大的错误。直到1900年，孟德尔才被重新发现，遗传学重新开始大踏步前进。
就在孟德尔默默无闻时，德国遗传学继续沿着耐格里所开创的细胞种质遗传理论方向发展。德国生物学家魏斯曼为此做出了重要的贡献。魏斯曼早年学医，后来成了弗莱堡大学的动物学教授。由于患眼疾无法从事显微镜的观察工作，他被迫放弃实验工作，转而从事理论研究。他是达尔文进化论的忠实信徒，但从一开始就表现出对达尔文学说的修正倾向。例如，他认为影响变异的不仅有外部因素，而且有内部因素，内部因素更为重要。事实上，达尔文本人也接受了这一意见，并在《物种起源》的第6版里引用了魏斯曼的观点。
魏斯曼意识到，达尔文的进化论强调了变异而忽视了遗传的方面。实际上，遗传的稳定性对于进化而言是更为重要的。与众不同的是，魏斯曼不是在物种进化的层次上考虑遗传问题，而是在细胞和个体的层次上进行研究。他首先发现生殖细胞从一开始就与躯体细胞相区分，生殖细胞并不能从躯体细胞中生长出来。基于这一发现，他提出了种质与体质的区别。在每一有机体内，种质是决定遗传的，是不会改变的，而体质只是种质生长出来以保护自己的外衣，易受生活环境的影响而改变，也会随着个体的消亡而消亡。种质则代代相传，永不变化。这样，他就创立了他的种质连续性理论。
种质连续性理论否定获得性遗传，因为获得性状只对体质起作用，而体质的变化并不会影响种质的变化，因而不能遗传下来。为此，魏斯曼做了割老鼠尾巴的实验。他连续22代割去了1592只老鼠的尾巴，但这些老鼠生下的小老鼠仍然长着完整的长尾巴，这样，他就证明了获得性是不能遗传的。
魏斯曼的种质学说与耐格里种质论的不同在于，它不是一种停留在思辨层次的猜想，而是有着科学预言的实证性理论。魏斯曼强调，种质一定有它的化学实体，它就存在于细胞核中的线状染色体中。由于受精的过程是精子与卵子相结合的过程，那么在精子和卵子成熟的过程中，其中的染色体必定减少一半，以使结合后的染色体回到正常数目。魏斯曼预言，生殖细胞在发育过程中必出现一个染色体的减数分裂过程。这一天才的预言不久就被显微镜观察所证实。
魏斯曼的新种质论与达尔文的自然选择理论相结合成了新达尔文主义，它补足了达尔文在遗传问题上的漏洞。但是，魏斯曼所着意强调的种质的绝对不可变性，却使进化论面临新的困难：既然种质不可变，物种可以遗传的变异是如何成为可能的？如果没有变异，自然选择从何谈起？这个问题直到20世纪突变理论出现之后才得以解决。
