Влюбленные в науку, Мечников и Ковалевский помогали друг другу советом и критикой. Оба работали в это время над родственными проблемами, оба с энтузиазмом относились к эволюционной теории Дарвина и способствовали утверждению и развитию дарвинизма.
Ковалевский занимался изучением зародыша ланцетника и обнаружил, что начальные стадии развития этого зародыша очень схожи с таковыми у многощетинковых морских червей. Оказалось, что по развитию зародыша ланцетник напоминает скорее беспозвоночное животное, чем позвоночное. Это открытие имело огромное значение, именно оно позволило позже Ковалевскому и Мечникову создать теорию зародышевых листков – одно из блестящих доказательств единства животного мира.
Илья Ильич так писал о работе Ковалевского в своих воспоминаниях: «Ланцетники, переполненные яйцами и семенными телами, по нескольку дней живали в его банках. Обеспокоенные, они быстрыми движениями всплывали, чтобы затем как можно скорей снова зарыться в песок, выставляя оттуда лишь свою головную часть тела. Но из всего этого ничего не выходило, и ланцетники, выведенные из нормальной обстановки, отказывались метать икру. Наконец однажды, уже ночью, Ковалевскому удалось найти несколько оплодотворенных яичек в одной из банок. Он не засыпал всю ночь, и тут-то ему представилась изумительная картина. Яйцо, разделившись на целый ряд сегментов, превратилось в пузырек, одна половина которого углубилась в другую. Вскоре поверхность зародыша стала покрываться мерцательными волосками. Овальный зародыш закружился внутри яйцевой оболочки и, прорвав последнюю, выплыл в виде личинки».
Тщательное изучение личинки ланцетника и морской звезды привело к важнейшим открытиям: Ковалевский установил связь между двумя царствами животных – позвоночными и беспозвоночными. В этот период жизни двух товарищей по науке исследования Ковалевского по своему значению превосходили то, что делал Мечников. Крупнейшие научные открытия Ильи Ильича Мечникова были еще впереди.
Начиная с 1865 года А. О. Ковалевским и И. И. Мечниковым были опубликованы многочисленные работы по зародышевому развитию беспозвоночных, ошеломившие тогда весь научный мир. Этими работами была не только показана общность принципов развития позвоночных и беспозвоночных на основе учения о зародышевых листках, но и разработан ряд основных закономерностей образования из яйца многоклеточных организмов.
Ковалевский показал на ланцетнике, асцидиях, а в дальнейшем на многочисленных других животных закономерности дробления яйца и образования из него сначала однослойного, а затем двуслойного зародыша, его полостей и будущих органов. Причем эти закономерности оказались поразительно сходными как для беспозвоночных, так и для позвоночных.
Мечников исследовал закономерности зародышевого развития – развития зародышевых листков, образование кишечника и полостей тела – у насекомых, ракообразных, головоногих моллюсков,