Estudià la innervació vegetativa de l’intestí (plexe submucós de Meissner) i dels ronyons. Investigà la composició química de l’orina. Amb el nom de corpuscles de Meissner són conegudes algunes de les terminacions nervioses de la pell.
Efectuà expedicions científiques a Lapònia, la península de Tajmyr, Terranova i Islàndia. Escriví Reise in äussersten Norden und Osten Sibiriens (‘Viatge per l’extrem nord i la Sibèria oriental’, 1848-75).
Alumne de Cuvier, es dedicà a l’estudi dels invertebrats i féu una llarga i completa investigació sobre la fauna marina que habita les costes franceses. Fou professor a París, i és autor d’una Histoire naturelle des crustaces i de Leçons sur la physiologie et l’anatomie comparée de l’homme et des animaux, en 14 volums (1857-81). Hom l’ha considerat un dels fundadors de la fisiologia a França.
Crític de Darwin, escriví llibres i pronuncià conferències procurant de rebatre la teoria de la selecció natural. Entre les seves obres es destaquen On the Genesis of Species (1871), Nature and Thought (1882) i The Origin of Human Reason (1889).
Autor d'Historia Medicinal de las cosas que se traen de nuestras Indias Occidentales (1565-74), que conté les primeres descripcions d’un nombre considerable de plantes americanes, així com les indicacions sobre llurs aplicacions mèdiques.
Després d’estudiar medicina es traslladà al Brasil, on féu estudis sobre els crustacis i escriví nombrosos articles defensant les doctrines de Darwin i la idea que l’ontogènia és una recapitulació de la filogènesi, idea que fou desenvolupada més tard per Haeckel.
Col·laborador destacat de T.H.Morgan, contribuí a la localització cromosòmica de molts gens, a la interpretació de malalties congènites, a l’obtenció de mutacions experimentals i, en definitiva, a la creació de la genètica moderna. Premi Nobel de medicina i fisiologia el 1946.