1861年3月，海克爾發表了他用進化論思想研究動物學的一篇論文——《論根足類動物的界和目》。這篇論文使海克爾得以進入著名植物學家施萊登領導的耶拿大學醫學院任教，成為這所大學的比較解剖學講師。一年後，他升任哲學係動物學副教授，並主管了動物博物館的工作。海克爾在教學中從來不把傳授知識作為唯一的目的，而是更加注重向學生介紹研究自然科學的方法。
海克爾的勤奮工作，換來了學術上的累累碩果。1865年，海克爾再次獲得晉升，成為教授和動物博物館館長；又過了一年後，他發表了自己的學術巨著《普通生物形態學》。
海克爾在科學研究中，他既注重事實，也善於推理。在他被聘為耶拿大學教授以後，他先後到過許多地方親自進行科學考察。從大西洋的加納利群島、錫蘭島，到紅海、印度尼西亞的爪哇，到處都留下了他辛勤的汗水和足跡。他在對四千多種海洋動物的全麵觀察、科學分類和胚胎發育等方麵研究的基礎上，首創了生物分界的“三界說”。並指出，在動物界、植物界和原始生物界之內，每“界”是由許多“門”組成的。
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生物重演津
1866年海克爾提出，生物的個體發育簡短而迅速地重演係統演化的過程，這就是著名的“生物重演津”。如，蛙的個體發育經曆了受精卵、囊胚、原腸胚、蝌蚪、幼蛙（有腿、有尾）、成蛙等幾個階段，分別相當於係統進化過程中的單細胞生物、多細胞群體生物、腔腸動物、魚類、有尾兩棲類、無尾兩棲類等階段，這說明蛙的個體發育反映了蛙的係統發育過程。
起初，海克爾研究動物的個體發生是分門別類逐一進行的。他觀察過動物的受精卵是如何經曆卵裂、形成囊胚、原腸胚再發育成幼體的；也曾將不同類型動物的發育過程進行過比較。後來，他在研究家畜中豬的個體發育時，發現這種家養動物的個體發育和種係發生有許多相似之處：個體發育的起點是單細胞的受精卵，而係統發育理論認為多細胞生物就是由單細胞起源的；豬的早期胚胎具有鰓裂，而係統發育理論認為豬的祖先應是水生動物；豬在陸地上生活，而係統發育理論則認為陸生動物起源於水生環境，這些難道都是巧合嗎？為了進一步海克爾手繪的胚胎圖弄清這個問題，海克爾查找文獻資料，發現在大約半個世紀前一位叫做梅克爾的解剖學家的奇妙猜想：一個物種可以從另一個物種演化而成，在高等動物的胚胎發育中，會在解剖結構和生理上重顯該物種的進化發展過程。
海克爾在已有論述的基礎上，又進行了大量的深入研究和仔細比較後認為，無論高等的陸生脊椎動物還是低等的水生無脊椎動物，它們的個體發生（個體發育）和種係發生（係統進化）都是既相互獨立、又密切相關的。個體發生是種係發生的簡單而迅速的重演。海克爾將他的這個研究結論寫進了《普通生物形態學》，並命名為“生物發生律”，也叫做“生物重演律”。
——傳世佳言——
人類特殊說是那種落後的世界觀的最強大支柱之一。
理智是人的最高天賦，是人本質上區別於低級動物的特征。
1919年8月9日海克爾逝世於耶拿。