Podrobnejšie sa štúdiom mikroorganizmov a ochorení, ktoré spôsobujú, venoval v 19. storočí francúzsky chemik, biológ a lekár Louis Pasteur (1822-1895). Vypracoval laboratórne metódy na pestovanie mikroorganizmov na živných pôdach. Zistil, že príčinou mnohých chorôb sú mikroorganizmy. Svojimi výskumami potvrdil, že aj pre mikroorganizmy platí, že živé vzniká len zo živého a dokázal neopodstatnenosť Aristotelových názorov o samoplodení. Položil základy imunizácie proti nákazlivým chorobám.

Takmer 200 rokov sa s veľkou usilovnosťou a trpezlivosťou zbierali, opisovali, porovnávali a triedili nespočetné fatky o živej prírode. Jedným z najhorlivejších pracovníkov bol švédsky lekár, prírodovedec a botanik Carl Linné (1707-1778). Položil základy živočíšnej nomenklatúry, v ktorej zaradil človeka spolu s opicami a ľudoopicami do najvyššej triedy živočíchov. Opísal 7300 druhov rastlín. Zaviedol pojem druh a označil všetky druhy rodovým a druhovým menom. Stal sa tak zakladateľom dvojmenného pomenovania (binomickej nomenklatúry). Jeho názvoslovie sa používa aj v súčasnosti. Bol presvedčený o tom, že všetky druhy organizmov sú stále.

Proti týmto mylným názorom otvorene vystúpil francúzsky prírodovedec Jean Baptiste Lamarck (1774-1829). Prehlásil, že druhy sa menili a živá príroda sa postupne vyvíjala od jednoduchých organizmov k zložitejším. Podľa neho veľký vplyv na vývoj organizmov má používanie a nepoužívanie orgánov. Usúdil, že iba tie zmeny, ktoré organizmus získa počas individuálneho života, prenášajú sa na potomstvo. Veril, že v prírode je mystická životná sila, ktoré účelne usmerňuje vývoj. Napriek týmto nesprávnym idealistickým názorom jeho vývojová teória podnietila formovanie evolučného myslenia.

Opodstatnenosť evolučných myšlienok konkrétnymi dôkazmi potvrdil anglický prírodovedec Charles Darwin (1809-1882). Na základe vlastných výskumov a pozorovaní upresnil a doplnil názory na vývoj živej prírody. Neuspokojil sa len s konštatovaním existencie vývoja, ale hľadal aj cesty a príčiny, ktoré tieto zmeny vyvolávajú. Za jednu z nich považoval premenlivosť (variabilitu) organizmov. Prišiel k záveru, že v zápase o život prežívajú len jedince, ktoré sa existenčným podmienkam môžu najviac prispôsobiť. Tieto zmeny, ak sú dedičné, prenášajú sa z rodičov na potomstvo. Tak vznikajú postupne nové odrody (kultivary), plemená a nový druh. Formuloval niekoľko biologických zákonov, ktorých platnosť sa doteraz nezmenila. Hlavným prínosom Darwina je jasné formulovanie evolučnej teórie v prírode. Svoje hypotézy a závery podložil mnohými dôkazmi z najrozličnejších biologických disciplín. Tým, že objasnil mechanizmus fylogenetického vývoja živých organizmov, vznik a vývoj druhov prirodzeným výberom, vyvrátil neopodstatnenosť idealistických teórií o vplyve a zásahoch nadprirodzených síl.

Veľkým prínosom pre pochopenie zákonitostí vývoja živej prírody bolo objasnenie zložitého mechanizmu odovzdávania zhodných a pomerne stálych znakov a vlastností z rodičov na potomstvo. Prvý, ktorý sa na základe pozorovaní a pokusov pokúsil vysvetliť tento problém, bol Darwinov súčasník, český prírodovedec Johann Gregor Mendel (1822-1884). Svojimi výskumami, ktoré robil na rastlinách (najmä hrachu), objavil a vyjadril základné zákonitosti prenosu vlôh. Preto sa Mendel považuje za zakladateľa genetiky.

Dlho zostávala nevysvetliteľná podstata mechanizmu dedičnosti. Objav elektrónového mikroskopu a nových metód pozorovania živých objektov posunul štúdium organizmov z bunkovej úrovne na molekulovú. Zakladateľom molekulárnej biológie Jamesovi Watsonovi a Francisovi Crickovi sa r. 1953 podarilo objasniť molekulovú štruktúru DNA a navrhnúť jej špirálový model. Štruktúrou molekuly DNA možno objasniť spôsob jej reprodukcie a jej význam pre prenos dedičných informácií. Tento objav sa stal základnou a v podstate prvou všeobecnou biologickou teóriou.

V šesťdesiatych rokoch 20. storočia boli publikované práce o genetickom kóde a zostavená tabuľka kodónov pre jednotlivé aminokyseliny (Nirenberg a kol).

V 20. storočí bola vytvorená teória o správaní živočíchov - etológia. Za pokrok v tejto vednej disciplíne boli udelené Nobelove ceny (Max von Frisch, Karl Lorenz, Niko Tinbergen).