在一項實驗中，孟德爾利用純種高莖豌豆和純種矮莖豌豆進行雜交:

1. 他挑選了一項容易分辨的豌豆特徵 —— 莖的高度，並培育了純種高莖品種和純種矮莖品種。

2. 假如把同一種豌豆進行交配（授粉），他發現純種高莖豌豆親代會產生高莖後代，而純種矮莖豌豆親代會產生矮莖後代。

3. 假如把兩個品種（即純種高莖豌豆與純種矮莖豌豆）進行雜交，後代會是高莖、還是矮莖呢？還是有其他情況呢？

孟德爾發現，當純種高莖豌豆，與純種矮莖豌豆進行雜交，產生的第一子代 (F₁) 全都是高莖豌豆。

這代表第一子代的每一株豌豆，雖然同時擁有「高莖」和「矮莖」兩種性狀的遺傳，卻只表達了其中一種（高莖）。

為甚麼會得出這樣的實驗結果？以下是幾個可能：

1. 巧合 —— 如果只以少量樣本進行實驗，則或然率可能成為重要因素。但孟德爾的實驗數據來自超過 1000 株豌豆，因此這可能性十分低。

2. 第一子代都是純種高莖豌豆，即它們只遺傳了親代的高莖性狀，矮莖性狀則沒有被遺傳或被破壞。

3. 第一子代都是雜種，即它們同時擁有高莖和矮莖兩種性狀的遺傳，但高莖的表達掩蓋矮莖的表達。也就是說，性狀按其表達與否，分為顯性性狀（高莖）和隱性性狀（矮莖）。

怎樣才能得知可能性 2 和 3 哪一個是正確？

孟德爾讓第一子代 (F₁) 進行自花授粉，產生的第二子代 (F₂)中不僅有高莖豌豆，還有矮莖豌豆。

由此他推論到在之前的純種高莖和純種矮莖雜交實驗中，產生的第一子代並不是純種高莖，而是雜種，它們遺傳了的隱性性狀（矮莖）並沒有永遠消失，只是在第一子代中暫時隱藏起來。

換言之，當生物個體同時遺傳了顯性和隱性性狀，只有顯性性狀會表達出來，而隱性性狀的表達則被壓抑。

那麼，為甚麼在第二子代中會出現隱性性狀(矮莖)呢？孟德爾留意到，第二子代中高莖∶矮莖的比例約為 3∶1。其後他進行了豌豆其他對比性狀的實驗，他發現其他的實驗也顯示相似的結果：第一子代全部表現一種性狀，而第二子代則出現性狀分離，而且分離比例接近 3∶1（右圖）。

孟德爾相信這不是偶然的現象，背後必定存在具普遍性的規律，而他對遺傳學最大的貢獻，就是為這個「3∶1」的比例提出了正確的解釋。

根據實驗數據，孟德爾對遺傳機制提出了以下假說：

• 每個遺傳性狀都由一對「遺傳因子」決定。
• 每個純種親本都擁有兩個相同的遺傳因子，例如純種高莖豌豆擁有兩個高莖因子，而純種矮莖豌豆擁有兩個矮莖因子。
• 產生配子時，每對遺傳因子都會分開，因此親本產生的每個配子只有每對遺傳因子的其中一個。
• 兩個親本進行雜交時，兩個來自不同親代的配子會結合，產生的第一子代從每個親本獲得一個因子，例如每棵第一子代豌豆都獲得一個高莖因子和一個矮莖因子。
• 在第一子代中，只有顯性的遺傳因子(高莖因子)能夠表達出性狀。
• 和親本不同，第一子代能產生兩類配子，分別帶有顯性和隱性的遺傳因子
• 當兩棵第一子代進行自花授粉，配子會隨機受精，所產生的第二子代中會出現兩種對比性狀。

以上的解釋歸納成孟德爾第一定律，或稱為分離定律︰生物的特徵都是由成對的遺傳因子所控制。形成配子時，每對遺傳因子會分離，而每個配子只含每對遺傳因子的其中一個。