Franz Unger (1800-1870) - dessen Vorlesungen über Pflanzenphysiologie Mendel in Wien besucht hatte - hatte die Frage aufgeworfen, in welcher Weise die Zahl der unter den Hybriden auftretenden Formen determiniert ist und welche statistischen Beziehungen zwischen deren Häufigkeiten bestehen. In seinen Botanischen Briefen (1852) bestreitet Unger die Konstanz der Arten, betont die Variabilität der Unterarten und verweist auf ein weiteres neues Wissenschaftsgebiet, die Zelltransformation, die Gegenstand des folgenden Abschnitts ist.

 Die Zelltheorie war erst kurz zuvor von einigen Wissenschaftlern formuliert worden, vom Tschechen Johannes Evangelista Purkinje (1787-1869) (berühmt auch für seine Untersuchungen am Bindegewebe des Herzens) - welcher 1837 Parallelen in den Strukturen pflanzlicher und tierischer Geweben erkannte - über den deutschen Botaniker Matthias Schleiden (1804-1881), der behauptete, dass alle Pflanzengewebe aus kernhaltigen Zellen bestünden, bis zu einem weiteren deutschen Wissenschaftler, Theodor Schwann (1810-1882), der sowohl für pflanzliche als auch tierische Gewebe einen zellulären Aufbau postulierte. Im Gegensatz zu Schleiden zeigte Unger, dass Pflanzenzellen durch Zellteilung entstehen und nicht durch spontane Neubildung. Dies wäre für Mendel eine essentielle Erkenntnis gewesen.

Schleidens und Ungers Betonung der Notwendigkeit eindeutiger Experimente, der Anwendung mathematischer Gesetze auf Biologie und Botanik sowie deren neuartige Definition der Zelle beeinflussten in großem Ausmaß Mendels Denken und Methodik.

 Insbesondere verdankt Mendel den Arbeiten Ungers die Einsicht in die Bedeutung und das Verhalten der Zellen bei der Bestäubung. Als wichtig erwies sich vor allem dessen Beobachtung, dass durch Kreuzung neue Varietäten erzeugt werden können, und die Erkenntnis, dass dazu die Verschmelzung zweier Zellen notwendig ist. Mit seinen an Erbsen durchgeführten Experimenten erforschte Mendel dieses Rätsel der Fortpflanzung weiter im Detail. Er konzentrierte sich dabei auf Dinge, die bis dahin übersehen worden waren: Die Wichtigkeit, Paare von Merkmalen zu betrachten, sowie die statistischen Gesetze, welche die Muster ihres Wiederauftretens in den Nachkommenschaften steuern.

Es war bekannt, dass natürlich vorkommende Hybriden Merkmale beider Eltern aufweisen, wie es beispielsweise bezüglich Höhe und Blattverteilung in Exemplaren von Primula aus dem im 18. Jahrhundert angelegten Bobart´schen Herbarium zu beobachten war. In der Anwendung des Wissens, das er sich durch seine Studien der Experimentalphysik und Mathematik angeeignet hatte, entwickelte Mendel spezielle Methoden der künstlichen Bestäubung, um kontrollierte Kreuzungen durchführen zu können. Mittels dieser Techniken entdeckte er, dass neue Muster der Merkmalskombination erkennbar werden, wenn genügend große Individuenzahlen der Versuchspflanzen über mehrere Generationen hinweg beobachtet werden

 Mendels Experimente an Pisum begannen im Sommer 1856; im Jahre 1859 wurde Darwins Werk The Origin of Species (Der Ursprung der Arten) publiziert. Mendel las die deutsche Übersetzung von 1863, machte einige Bleistiftnotizen auf Rändern und Rückseite des Buches, wie er dies auch in einem weiteren Buch Darwins tat, The Variation of Animals and Plants under Domestication (London, 1868). Mendel schien die Idee der Evolution der Organismen zu akzeptieren. Sein eigenes Verständnis der Pflanzenhybride stand jedoch in Widerspruch zu Darwins mehr traditionellen Sichtweisen. Ein entscheidender Punkt war, dass Mendel sich auf das konzentrierte, was vererbt wird (d.h., Merkmale), und auf die Muster, nach denen diese Merkmale von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden.

In einem anderen Reich der Lebewesen experimentierte Mendel mit Kreuzungen von Bienen, eine Technik, welche für die mährischen Bienenzüchter an Bedeutung gewann. In seinen Kreuzungsversuchen suchte er weitere Bestätigung für seine früheren Ergebnisse aus den Erbsenexperimenten. Zu diesem Zweck wurde für ihn im Klostergarten ein nach seinen eigenen Plänen ausgestattetes Bienenhaus errichtet.