Мечников уехал в Неаполь, а затем в Мессину, с намерением поработать там с А.О. Ковалевским. «В первое мое пребывание в Мессине я был еще очень молод. Во мне бурлило усиленное желание возвыситься над прозаическим уровнем школьной науки. Я усердно работал над историей развития низших животных в надежде найти в ней ключ к пониманию генеалогии организмов» [10. C.70-76]. Изучив особенности развития Coelenterata, Nemertina, Insecta, Echinodermata, А.О. Ковалевский и И.И. Мечников заложили основы сравнительной эволюционной эмбриологии и стали лидерами в изучении механизмов эмбрионального развития беспозвоночных животных. Благодаря их блистательным работам по эмбриогенезу, морфологии и систематике низших организмов (губок, медуз, сифонофор, червей, моллюсков, иглокожих, ракообразных) были решены многие спорные вопросы дарвинизма, а также систематики животных, построены новые филогенетические системы, доказано единство происхождения всего животного царства.
Вместе они работали на морских биологических станциях в Неаполе (1878, 1879), Мессине (1882–1883), Вильфранш-сюр-Мер (1870–1885) и др., а также в университетских лабораториях в Геттингене, Мюнхене. Выражением признания Российской академией наук заслуг Мечникова и Ковалевского стало их награждение в 1867 г. премией имени Карла Максимовича Бэра (1792–1876) – российского академика, основоположника мировой эмбриологии.
