Fou, juntament amb Malpighi, un dels creadors de l’anatomia vegetal i precursor de la histologia (introduí el mot teixit per a referir-se a l’agrupació més o menys homogènia de cèl·lules o fibres). Després d’exercir la medicina a la seva ciutat natal, anà a Londres i ingressà a la Royal Society, de la qual fou secretari.

Fou catedràtic de zoologia a la Universitat de Jena. Defensor de Darwin, féu una interpretació monista de l’univers i explicà tots els fenòmens naturals per les lleis de l’evolució. Fou un dels primers a indicar que l’ontogènesi reprodueix la filogènesi. Les seves obres principals són Generelle Morphologie der Organismen (1866), Natürliche Schöpfungsgeschichte (1868) i Anthropogenie (1874).

Seguí la carrera sacerdotal. Féu nombrosos treballs sobre fisiologia vegetal, ideà un mètode per a destil·lar l’aigua de mar, inventà un ventilador i determinà en un cavall, per primera vegada, la pressió sanguínia. La seva obra capital és Vegetable Staticks (1727).

Partidari de la teoria neuronal de Cajal i de His, el 1907 reeixí a obtenir un cultiu de cèl·lules nervioses i demostrà experimentalment que els axons creixien a partir de les neurones. Fou també un dels pioners en el trasplantament de teixits i d’òrgans amb els seus experiments amb embrions.

Ha investigat la neurofisiologia de la visió i la fisiologia de la fotorecepció. El 1967 rebé, amb G.Wald i R.A.Granit, el premi Nobel de medicina.