Attraverso due guerre mondiali. Crisi e rinascite (1915-1950)

Con l'ingresso in guerra dell'Italia, Rinaldo Dohrn, figlio di Anton e all'epoca Direttore della Stazione, e gli assistenti tedeschi devono lasciare il paese. La Stazione, in quanto ente privato appartenente ad un cittadino tedesco, viene posta sotto controllo nazionale. Nel 1916 la Stazione viene solennemente inaugurata come un "Istituto Italiano" e posto sotto la direzione di un comitato nazionale.
Alla fine della guerra, dopo un periodo di incertezza in un discorso al Senato, il 9 dicembre 1920, Benedetto Croce, allora Ministro della Pubblica Istruzione, propone che la Stazione Zoologica torni ad essere affidata alla famiglia Dohrn, il solo modo secondo il filosofo napoletano per restituire alla istituzione i suoi legami scientifici e la sua funzionalità organizzativa. Nell'ottobre del 1923 viene ridefinito lo status giuridico della Stazione Zoologica, che diventa un "Ente Morale", posto sotto il controllo del Ministero della Pubblica Istruzione e diretto da un Consiglio di Amministrazione, presieduto dal Sindaco di Napoli. Rinaldo Dohrn ottiene la nomina di "Consigliere delegato" ed amministratore.

La nuova struttura istituzionale mantiene lo status di internazionalità della Stazione, favorendo i contatti con ricercatori di tutti i paesi e la loro presenza a Napoli, grazie ad una totale libertà nella ricerca e una struttura tecnica efficace, capace di creare condizioni di lavoro ideali e fornire tutto il materiale di ricerca necessario.

Le attività scientifiche della Stazione nel periodo fra le due guerre mondiali mostrano una grande continuità con il periodo precedente. La sistematica rimane una priorità. La fisiologia dell'embrione, la rigenerazione, la ricerca delle componenti biochimiche negli organismi marini e le loro variazioni quantitative durante lo sviluppo embrionale, lo studio dei gradienti embrionali, le ricerche sulla bioluminescenza e sulla fotogenesi, sulla simbiosi ereditaria continuano ad essere i punti di aggregazione principali, mentre la ricchezza del Golfo di Napoli, con la sua flora e la diversità di animali sia superficiali che abissali, sollecita lo sviluppo di una impostazione ecologica, centrata sulle catene alimentari, sui complessi di organismi, in relazione con l'ambiente biologico e chimico-fisico. E come nei periodi precedenti, la Stazione è sede di sperimentazione di nuove tecnologie applicate alla ricerca, come l'uso di pellicole cinematografiche per lo studio della embriologia sperimentale, le prime esperienze di cinematografia scientifica (Istituto Luce) e la ricerca finanziata dalla casa Kodak per l'utilizzazione di gelatine di origine animale nelle pellicole fotografiche.
Ancora una volta, tuttavia, la spinta principale alla innovazione scientifica viene dalla embriologia. Il momento di svolta in questo tipo di ricerche può essere individuato in un classico articolo del 1924 in cui Hans Spemann e Hilde Mangold avevano cominciato a studiare i processi morfogenetici che portano alla formazione dell'occhio negli anfibi. Questo programma di ricerca si sviluppa ulteriormente negli anni successivi, attraverso una serie molto complessa di esperimenti di trapianti di tessuti, molti dei quali vengono realizzati a Napoli, dove Spemann si reca spesso, seguito da un folto gruppo di assistenti.

Negli anni '20 e '30 la ricerca fisiologica e biochimica continua a svolgere un ruolo importante nella vita scientifica della Stazione. Albrecht Kossel e The Svedberg, fondatori della chimica degli acidi nucleici, lavorano egualmente alla Stazione Zoologica, come Jean Brachet, che in questo periodo sviluppa le tecniche citochimiche per la localizzazione degli acidi nucleici nelle cellule e nell'embrione. Otto Meyerhoff (un futuro premio Nobel) studia il metabolismo muscolare, concentrando l'interesse sulla chimica della stimolazione della fibra muscolare. Nel 1935, Zénon-Marcel Bacq e Francesco Paolo Mazza dimostrano la presenza di acetilcolina nei gangli ottici del polpo (Octopus), e identificano questa sostanza chimicamente. Il contributo di Bacq e Mazza è una pietra miliare nella storia della chimica della trasmissione nervosa, la prima dimostrazione diretta della sua esistenza nei tessuti nervosi. Bacq, un farmacologo belga, in collaborazione con Francesco Ghiretti, utilizza i cefalopodi per sviluppare l'endocrinologia, usando agenti simili all'adrenalina.

La Stazione Zoologica ha favorito un altro importante progresso in neurobiologia, la scoperta di Ernst Scharrer del fenomeno che prenderà il nome di "neurosecrezione", la produzione e la secrezione di ormoni da parte delle cellule nervose. Quella che può essere chiamata l'epoca moderna delle ricerche sui cefalopodi prende inizio a Napoli con le ricerche di Enrico Sereni, che realizza importanti esperimenti sui cromatofori e sulla secrezione ormonale salivare. Sereni lavora anche sul sistema nervoso periferico dei cefalopodi, in collaborazione con il giovane ricercatore inglese John Z. Young, il quale crea un'altra linea di ricerca che diverrà caratteristica della Stazione, perseguita per decenni in modo pressoché ininterrotto.

Lavorando con Sereni sull'Octopus, Young scopre l'assone gigante che diventa lo strumento di elezione per l'esplorazione della conduzione nervosa. Le sezioni del cervello e delle fibre giganti del polpo e della seppia, realizzate da Young alla Stazione a partire dal 1936 mostrano la possibilità di studiare le funzioni nervose superiori, come l'apprendimento e la memoria.

La Stazione, nella Napoli in guerra, resta praticamente chiusa fra il 1943 e il 1945, con un numero molto ridotto di ricercatori e tecnici, ma essa esce praticamente illesa dalla bufera della Seconda Guerra Mondiale. L'Acquario viene riaperto alle truppe alleate già nel dicembre del 1943. La Villa Comunale viene lasciata dalle truppe alleate il primo maggio del 1944 e l'attività della Stazione può ricominciare. La Biblioteca viene ricollocata al suo posto alla fine del 1944. Dopo la liberazione di Roma, il 4 giugno 1944, vengono stabiliti dei contatti con il Ministero della Pubblica Istruzione e con il Consiglio Nazionale delle Ricerche, che sostengono la Stazione in modo consistente. Quest'ultimo vi crea un "Centro per gli studi biologici", posto sotto la direzione di Giuseppe Reverberi, il cui scopo principale è creare delle borse di formazione per giovani biologi. Dopo il 1950 la National Science Foundation, appena creata, la Lilly Endowment e la Rockefeller Foundation aumentano considerabilmente il loro impegno nei confronti della Stazione Zoologica.

Il prestigio scientifico della istituzione e la sua localizzazione nel dopoguerra fa rapidamente della Stazione un luogo privilegiato per la realizzazione di convegni e riunioni scientifiche. Questo permette anche di inserire rapidamente la scienza italiana nel circuito internazionale, in un periodo di rilancio rigoglioso della ricerca biologica. La Stazione ospita importanti convegni su embriologia e genetica, sulla mutagenesi, sulla neurosecrezione. Nel 1951 si tiene un convegno sull'applicazione dei raggi X allo studio dei problemi biologici, in particolare allo studio della struttura submicroscopica del protoplasma. In questa conferenza Wilkins mostra una figura di diffrazione ai raggi X del DNA cristallino e questo stimola J.D. Watson, presente al convegno, ad iniziare il suo lavoro sugli acidi nucleici, che lo porterà con Francis Crick alla scoperta della doppia elica.