Il est célèbre par ses expériences sur l'hérédité des caractères chez le pois, poursuivies de 1856 à 1864. Croisant des pieds différant par un seul caractère (graine lisse ou ridée, fleur blanche ou colorée, etc.), il suivit, au fil des générations et en fonction des nouveaux croisements effectués, les lois de l'apparition de ce caractère, donc de sa transmission. Il entreprit ensuite des croisements entre plantes différant par deux caractères. L'ensemble de ses conclusions, publiées en 1866 dans une revue à faible tirage, passa inaperçu. Les lois fondamentales de la génétique, désormais appelées lois de Mendel, ne furent redécouvertes qu'en 1900.
