Hugo, twintig jaar inmiddels, stort zich op de experimentele plantkunde te Leiden. De Vries loopt colleges bij W.F.R. Suringar. De Vries was een experimenteel onderzoeker en de faciliteiten in Leiden waren daar niet echt op berekend. De Vries deed daarom veel experimenteel werk thuis. Hij had affiniteit met de theorieën van Darwin, iets waar de Leidse hoogleraren Suringar en vooral Van der Hoeven niets van wilden weten. In zijn proefschrift, verdedigd op 6 oktober 1870, laat hij zijn interesse in het Darwinisme nogmaals blijken. Na zijn promotie vertrekt hij met bestemming Heidelberg om zich verder te bekwamen. Hij onderzoekt daar plantencellen op doorlaatbaarheid voor in water oplosbare stoffen (osmose).
Amsterdam Terug in Nederland moet De Vries in 1872 noodgedwongen een baan als leraar aan een Amsterdamse HBS aanvaarden. Alle vakanties worden voor onderzoek gebruikt. Uiteindelijk kan hij dat niet meer opbrengen, de combinatie van intensief onderzoek en zijn taak als leraar zijn slopend en hij beëindigt zijn baan als leraar. De Vries wordt door de universiteit van Halle (D) uitgenodigd een leerstoel als privaat-docent te gaan bekleden. Deze baan blijkt al snel geen succes en als in 1878 de universiteit van Amsterdam hem een lectoraat in de plantenfysiologie aanbiedt laat hij er geen gras over groeien en neemt direct het aanbod aan. Op 15 oktober 1878 bestijgt hij officieel deze leerstoel als buitengewoon hoogleraar. Tot een van zijn collega’s in Amsterdam behoort J.H. van ‘t Hoff. Hun samenwerking op chemisch en plantfysiologisch gebied werpt vruchten af met betrekking tot de verklaring van osmotische verschijnselen in deze wetenschappen. Ook gaat De Vries zich in Amsterdam toeleggen op erfelijkheid en evolutie. De Vries vond, met de theorieën van Darwin als leidraad, dat erfelijkheid bepaald werd door zgn. ‘pangenen’, die zich in een celkern bevinden en alle erfelijke factoren met zich mee dragen.
Mendel, Lamarck en Darwin
Toen De Vries zijn mutatietheorie opstelde kwam hij tijdens zijn onderzoeken regelmatig de naam van Gregor Mendel (1822 – 1884) tegen. Deze Oostenrijkse monnik had het fenomeen overerving ontdekt, wat inhield dat een groot aantal eigenschappen van één generatie overgaan naar een volgende. Hier ontstonden de begrippen ‘dominant’ en ‘recessief’. Voor Mendel was de Fransman Jean Baptiste Lamarck (1744 – 1829) van groot belang geweest. Lamarck, die de term ‘biologie’ introduceerde, had duidelijk onderscheid weten te maken tussen gewervelde en ongewervelde dieren. Eenmaal verworven kenmerken zouden volgens kunnen overerven en niet meer uit een bepaald ras verdwijnen. Dat dit inzicht niet juist was heeft geen afbreuk gedaan aan het feit dat met name Darwin uit Lamarcks werken veel inspiratie putte.
Teunisbloemen
Charles Darwin (1809 – 1882) beweerde dat alle vormen van het huidige leven voortgekomen zijn uit lagere levensvormen en in vele richtingen variëren. Het recht van de sterkste bepaalt dat de sterkste soorten zullen overleven en zich voort zullen planten ten koste van de zwakkere soorten. Uiteindelijk zullen daar betere en grotere variëteiten uit ontstaan. De Vries ontdekte spontane veranderingen in het erfelijk materiaal. Deze sprongsgewijze veranderingen zouden zich in opvolgende generaties openbaren. De Vries noemde dit verschijnsel Mutatie. Onderzoek op het gebied van erfelijke veranderingen krijgt een extra impuls als hij een grote hoeveelheid teunisbloemen aantreft waaronder zich een aantal afwijkende (kleur) exemplaren bevindt. Daar deze theorieën elkaar in eerste instantie bestreden, bleek door nieuwe invalshoeken in de moderne biologie dat deze theorieën elkaar juist ondersteunden, aanvulden of zelfs bewezen. De vele hypothesen en theorieën zijn later verenigd in één grote alomvattende theorie, waarin het aandeel van Darwin het grootst is. Wat voorzichtig begon is na een eeuw uitgegroeid tot een volwaardige en volwassen wetenschap. Het menselijk genoom is inmiddels ontrafeld, gentherapieën worden op steeds grotere schaal toegepast en grote geldbedragen worden in research naar genetische manipulatie, modificatie en klonen gestopt.
Naar Lunteren
In 1910 bieden de universiteiten van Leiden en Utrecht De Vries een leerstoel aan. Ook buitenlandse universiteiten zoals Wurzburg, Berlijn en New York (waar hij Head of Department van de Columbia University kon worden) willen De Vries hebben, maar hij blijft Amsterdam trouw. In Amsterdam is men blij met deze beslissing en er wordt voor hem een nieuw laboratorium en een schitterende palmenkas gebouwd. Ook mag hij zijn onderwijstaak neerleggen. Na zijn emeritaat verdwijnt De Vries met zijn vrouw Elisabeth Louise Egeling, met wie hij op 10 april 1879 was getrouwd, naar Lunteren. Tot het einde van zijn leven bleef hij daar op zijn stuk grond zijn experimenten doen. In deze tijd had hij intensief contact met M.W. Beijerinck.
Op 21 mei 1935 om half twee in de middag komt er na een zeer kort ziekbed op 87 jarige leeftijd een einde aan het aardse bestaan van Hugo Maria de Vries. Hij wordt in Lunteren begraven. De burgemeester beschouwde het als een eer, dat deze grote geleerde in zijn kleine gemeenschap zijn laatste jaren wilde doorbrengen en er uiteindelijk begraven wilde worden.