Щелков недавно вернулся из-за границы, где занимался физиологией в Вене и Берлине. Он изучал кровоснабжение скелетных мышц, открыв явление так называемой рабочей гиперемии скелетных мышц, то есть усиления их кровоснабжения при сокращении. Профессор предложил Мечникову изучить одну из представительниц ресничных инфузорий для установления физиологической аналогии с мышечной тканью высших организмов. Илья охотно взялся за порученное ему дело. Сотни раз Мечников окрашивал инфузорий в яркие синие, красные и фиолетовые тона. В результате проведенных исследований Илья Ильич убедился в том, что никакой аналогии между мышечной тканью и органеллами инфузорий нет.
Щелков проверил выводы своего ученика и одобрил их. Так появилась первая экспериментальная научная работа Ильи Мечникова, которая была принята к печати и опубликована в 1863 году в «Мюллеровском архиве» в Германии. И сразу же молодой автор попал под огонь критики. Немецкий физиолог Кюне в пренебрежительном тоне пытался опровергнуть данные, полученные студентом Харьковского университета.
Вилли Кюне – немецкий физиолог и гистолог – был к тому времени почетным доктором медицины, автором научных трудов, посвященных гистологии нервной и мышечной системы, строению протоплазмы, физиологии органов чувств. Его критику нельзя был оставить без внимания. Мечников снова сел за микроскоп, перепроверил свои наблюдения и ответил мэтру, еще раз обосновав правильность своих выводов. Ответ Мечникова Вилли Кюне был опубликован в печати. Победа в первом научном поединке осталась за молодым студентом, который только-только приступил к изучению курса наук в Харьковском университете.
На первом курсе Илья детально изучил книгу Чарлза Дарвина «Происхождение видов», привезенную им из Лейпцига. Его привлекали взгляды автора, он разделял его мысли, восхищался его гением. Материалистические основы эволюционной теории Дарвина определили научное мировоззрение Мечникова в области зоологии, сравнительной эмбриологии и патологии, обусловив создание стройного учения о невосприимчивости организма к инфекции.
Молодой ученый осознал, что биология стоит накануне величайших открытий. Больше всего его поразило рассуждение Дарвина о том, что известное всем сходство зародышей организмов, при большом различии взрослых особей, подтверждает эволюционную теорию. Мечникову казалось, что изучение именно этой тематики будет наиболее результативным. При этом Илья Мечников не был обычным любознательным читателем и почитателем Дарвина, коих было немало. Он старался вникнуть в смысл каждой строчки сочинения великого английского натуралиста, он соглашался с Дарвином и спорил с ним.
Мечников написал рецензию на книгу Дарвина «Происхождение видов» и отправил ее в Петербург в редакцию журнала «Время». Этот журнал издавался братьями Достоевскими. В нем, среди прочего, печатались «Униженные и оскорбленные», «Записки из мертвого дома» и другие произведения Федора Михайловича