V roce 1856 Mendel zahájil své experimenty s křížením rostlin (s hrachem) a roku 1862 zahájil meteorologická pozorování pro Meteorologický ústav ve Vídni. Meteorologická pozorování prováděl s velikou přesností až téměř do konce svého života. Jako jeden z prvních také použil ve své práci biostatistické metody.

V roce 1869 byl zvolen vicepresidentem Přírodovědného spolku v Brně. Dne 9. června 1869 vyložil na půdě tohoto spolku výsledky své druhé práce v oboru křížení rostlin o jestřábnících (Hieracium-Bastarde), téhož roku se stal členem brněnského včelařského spolku. Jeho jméno dnes nese například muzeum, univerzita, náměstí v Brně i první česká vědecká stanice na Antarktidě.
 
Mendelovy zákony dědičnosti
Základní zákony dědičnosti formuloval v roce 1866 na základě analýz genetického křížení mezi vyšlechtěnými kmeny (poskytujícími potomstvo se stejnými znaky jako mají rodiče) hrachu setého (Pisum sativum), lišícími se v určitém dobře definovaném znaku jako je např. tvar semen (kulatá nebo hranatá), barva semen (žlutá nebo zelená) nebo barva květů (fialová nebo bílá).

Téměř všichni Mendelovi současníci jeho teorii dědičnosti ignorovali. Bylo to i částečně proto, že při svých výpočtech používal teorii pravděpodobnosti, která byla pro většinu biologů té doby oborem zcela neznámým.
V roce 1900, kdy byla Mendelova práce znovu objevena, se ukázalo, že její principy vysvětlují dědičnost u rostlin i zvířat. Odkaz Gregora Johanna Mendela připomíná brněnská interaktivní expozice Mendelianum.