Le linee di ricerca nei primi anni

La Stazione Zoologica non aveva propri programmi di ricerca, a parte quello dello stesso Anton Dohrn, e quindi la sua struttura rifletteva i principali interessi degli scienziati ospiti. Comunque Dohrn riconosceva il significato delle diverse parti della scienza, e il modo in cui essi interagiscono e si completano reciprocamente. In questo modo egli fu capace di creare una struttura perfettamente sintonizzata con i principali problemi scientifici del tempo e di portare a Napoli i migliori ricercatori. L'Embriologia, l'Anatomia comparata, la Sistematica zoologica e Botanica, compresa la Storia naturale, l'Ecologia e lo studio del Comportamento, erano i principali campi di ricerca nei primi decenni di esistenza della Stazione. Fondata in un'epoca di predominio degli studi morfologici, paradossalmente la Stazione Zoologica diviene nel 1880 una delle roccaforti della rivolta contro l'embriologia filogenetica haeckeliana. La nuova generazione di biologi si pone in modo estremamente critico nei confronti della tradizione morfologica e sostiene l'applicazione di un nuovo metodo sperimentale ai problemi dello sviluppo dando così origine ad una nuova era nello studio dello sviluppo embrionale. Le diverse fasi dello sviluppo embrionale non vengono osservate per ottenerne delle evidenze a favore delle deduzioni filogenetiche, non sono uno strumento di spiegazione ma divengono esse stesse dei processi da spiegare, attraverso l'individuazione delle loro cause attuali. Indirizzi sperimentali si fanno strada in altri settori disciplinari, come lo studio della cellula, la teoria dell'eredità, la stessa teoria dell'evoluzione. La funzione sostituisce la forma come obiettivo dell'indagine scientifica e come principio esplicativo. Un oggetto di studio, ovviamente un animale marino, si rivela particolarmente adatto a queste ricerche sperimentali, il riccio di mare. Con questo nuovo strumento e la nuova metodologia sperimentale viene progettato e realizzato nel 1888 il famoso "esperimento di ingiuria". Con un ago sottile ed arroventato, Wilheim Roux distrugge il nucleo di una delle due cellule che si formano dopo la prima segmentazione dell'uovo fecondato: la parte non danneggiata dell'embrione continua nel suo sviluppo normale producendo dei "mezzi embrioni", a dimostrazione che la divisione cellulare è qualitativa ed ognuna delle cellule primarie ha un destino predeterminato, indipendente dalla presenza di altre cellule e dalle fasi successive di sviluppo.

Alcuni anni dopo Jacques Loeb realizza a Napoli la fecondazione artificiale, mostrando che l'uovo di riccio di mare può iniziare lo sviluppo se viene esposto ad un acido od a un aumento della pressione osmotica. Questo esperimento di "partenogenesi chimica" ha un grande impatto sulla comunità scientifica e sull'opinione pubblica. Qualcuno arriva a suggerire alle donne di evitare i bagni di mare, a causa del rischio di partenogenesi chimica.

Nel 1889 il biologo tedesco Theodor Boveri inizia a Napoli i suoi esperimenti di "ibridazione" fra specie diverse di riccio di mare, allo scopo di stabilire se è il nucleo, il protoplasma o entrambi a determinare l'eredità e lo sviluppo. Boveri dimostra il ruolo dominante del nucleo nella trasmissione ereditaria e la diversità genetica dei cromosomi, stabilendo un legame con la teoria mendeliana, che era stata appena riscoperta e proponendo una prima "teoria cromosomica dell'eredità".

Fra il 1908 e il 1914, Otto Warburg trascorre diversi periodi alla Stazione, dove realizza la sua prima ricerca indipendente sul consumo di ossigeno da parte dell'uovo di riccio dopo la fecondazione. Nel 1909 egli scopre che il ferro è essenziale per lo sviluppo dello stato larvale, iniziando così un nuovo programma di ricerca sulla respirazione, che gli varrà il premio Nobel nel 1931 per la scoperta della citocromoossidasi.
Tra il 1866 e il 1945 Thomas Hunt Morgan lavora alla Stazione prima di dedicarsi alla genetica e creare il "Gruppo della Drosophila", dando origine alla teoria cromosomica dell'eredità.