Открытую стадию зародышевого развития Мечников назвал паренхимулой, или фагоцителлой, вследствие того, что клетки внутреннего слоя способны захватывать (фагоцитировать) и переваривать пищу. Любопытно, что эта примитивнейшая форма многоклеточных представляет аналогию с некоторыми формами простейших, колонии которых состоят из клеток двух видов: наружный слой, соответствующий эктодерме, состоит из жгутиковых клеток; внутренний – из амебовидных клеток, в то же время являющихся фагоцитами. Такие колонии животных были действительно открыты как бы в подтверждение гипотезы Мечникова.

Илья Ильич, вдохновляемый идеями дарвинизма, искал путь, по которому шло развитие от простейших – одноклеточных животных, к низшим - многоклеточным. Изучая низших червей, он открыл факт первостепенной важности, определивший все направление его будущей деятельности: в 1866 году в Гиссене он обнаружил внутриклеточный способ пищеварения у ресничного червя планарии.

Тогда Илья Ильич еще не подозревал всего значения этого факта, впоследствии послужившего фундаментом его будущей фагоцитарной теории, вполне созревшей лишь восемнадцать лет спустя.

В марте 1867 года Мечников приехал в Петербург. Здесь Илья Ильич должен был защищать свою диссертацию “История эмбрионального развития “ и готовиться к профессуре.

На основании представленных научных работ Мечников получил магистерскую степень без всяких экзаменов. Пополам с А.О.Ковалевским ему была присуждена первая Бэровская премия за выдающиеся труды по сравнительной эмбриологии.

Магистерская степень давала право Мечникову начать педагогическую деятельность в русских университетах. Вскоре его утвердили в должности доцента по кафедре зоологии Новороссийского университета.

В конце 1867 года в Петербурге на съезде естествоиспытателей Мечников сделал доклад о зародышевых пластах (слои клеток зародыша).

Мечникову предложили занять вакансию доцента зоологии в Петербургском университете. Работать в Петербурге оказалось труднее, чем в Одессе. Лаборатории не было. Всякая попытка организовать научную работу разбивалась о стену казенщины и равнодушия начальства. Со свойственной его натуре страстностью Мечников протестовал против университетских порядков, возмущался и приходил в отчаяние. Одиночество тяготило его.

Илья Ильич знакомится с Людмилой Васильевной Бекетовой. Между молодыми людьми возникло чувство взаимной симпатии.

Однажды Людмила Васильевна простуживается, и незначительный грипп приводит к катару верхушки левого легкого, начался туберкулез. Илья Ильич все свое свободное время проводил у Людмилы Васильевны, подолгу беседовал с больной, читал ей вслух. Постепенно взаимная симпатия переросла в чувство любви.

Людмиле Васильевне становилось все хуже. В последнем письме к родителям Мечников просил их согласия на брак.

И вот наступил этот торжественный день. Радость не смогла улучшить состояния здоровья невесты. У нее не было сил пройти расстояние от экипажа до алтаря в церкви. Бледную, с восковым лицом Людмилу Васильевну внесли в церковь в кресле. Рядом с нею был Илья Ильич. Священник произносил какие-то слова, спрашивал молодых об их согласии на брак, желал счастья.

Так началась супружеская жизнь. Нежная забота, тщательный уход и лечение должны улучшить состояние здоровья Людмилы Васильевны. Шли дни упорной борьбы с болезнью и нуждой. Нужно было много денег, и со всей энергией, на которую он был способен, Илья Ильич старался изыскать средства для улучшения своего служебного, а, следовательно, и материального положения.

Людмиле Васильевне с каждым днем становилось хуже. Дальнейшее пребывание в Петербурге могло оказаться гибельным для нее. В конце января 1869 года Мечников увозит жену в Италию.

В Специи больной стало лучше. Успокоенный Илья Ильич возобновил научную работу.

Ему удалось исследовать одно загадочное животное – торнарию.

Маленькую прозрачную торнарию ученые знали давно, и все считали ее личинкой какой-то морской звезды. Оказалось, что торнария – это личинка баланоглосса, животного, которое долгое время относили к червям. Теперь место баланоглосса среди животных изменилось, он оказался близким родственником иглокожих, промежуточным звеном между иглокожими и червями.

Эти успешные исследования и улучшение здоровья Людмилы Васильевны ободрили Мечникова. Он снова был увлечен мыслями о научной работе, о новых открытиях.

Окончательно установив наличие у скорпиона трех зародышевых листков, он доказал, что и паукообразные развиваются по общим правилам: у них те же три листка.

К началу учебного года Илья Ильич должен был вернуться в Россию. О возвращении в Петербург Людмилы Васильевны не могло быть и речи.

С тяжелым чувством уезжал Илья Ильич. Ничего хорошего от Петербурга он не ждал. Доцентура в университете не может обеспечить даже скромного существования, а лечения больной тем более. Оставалась небольшая надежда получить кафедру зоологии в Медико-хирургической академии в Петербурге. Но получить это место не удалось. Реакционеры из академии не нуждались в Мечникове, о котором знал весь ученый мир.

В 1870 году двадцатипятилетний Мечников начал читать зоологию студентам университета в Одессе.

20 апреля 1873 года умерла Людмила Васильевна. Илья Ильич тяжело перенес смерть жены.

В те годы Новороссийский университет приобрел репутацию самого демократического в России. В числе профессоров университета были Сеченов, Мечников и другие ученые. Сюда тянулась молодежь, жаждавшая нового, вдохновенного слова. В Одессе принимали исключенных по подозрению в неблагонадежности студентов из других университетов. Мечта Мечникова начинала сбываться; собранные в Одессе передовые деятели русской науки, вместе представляли собой силу, которая влияла на совет университета. Многие молодые люди того времени были обязаны Мечникову и его соратникам тем, что получили высшее образование.

1875 год. Илья Ильич много и напряженно работает в университете и дома. В это время он знакомится с семьей Белокопытовых. Старшая дочь Белокопытовых Ольга Николаевна стала брать уроки зоологии у Мечникова. Прошло несколько месяцев. Дружба переросла в чувство любви. Мечников женится на Ольге Николаевне.

В выборе подруги жизни Илья Ильич не ошибся. Ольга Николаевна сделала все, чтобы ее муж смог целиком отдаться служению науки.

Мечников считал актуальной работу по исследованию путей распространения заразы возвратного тифа, которым болели в то время многие тысячи людей. У больного возвратным тифом он взял зараженную кровь и ввел ее в свой организм.

Отважному ученому пришлось тяжело поплатиться за свою смелость. Мечников заболел тяжелой формой возвратного тифа. Несколько недель Илья Ильич находился между жизнью и смертью.

1882 год был последним годом деятельности Мечникова как профессора университета. В знак протеста против реакционных действий царского министерства просвещения Илья Ильич покинул университет.

Лето 1882 года Мечников провел в имении Поповка, полученном его женой в наследство от родителей. Научная работа не прекращалась и здесь.