En 1866, Gregor Mendel publia les résultats de ses expériences de sélection des plants de petits pois, fournissant des preuves de modèles prévisibles dans la transmission des caractéristiques physiques. L’importance de ses conclusions ne fut pas immédiatement reconnue. En effet, l’existence des gènes était inconnue à l’époque. Mendel a qualifié les unités héréditaires de “ facteurs ”.

Les mécanismes qui sous-tendent les observations de Mendel, la base de ses lois de ségrégation et de l’assortiment indépendant, demeuraient insaisissables. À la fin des années 1800, les progrès des techniques de microscopie et de coloration ont permis aux scientifiques de visualiser la mitose et la méiose pour la première fois.

Au début des années 1900, Theodor Boveri, Walter Sutton et d’autres ont proposé indépendamment que les chromosomes puissent être à la base des lois de Mendel, la théorie chromosomique de l’hérédité. En faisant respectivement des recherches sur les oursins et les sauterelles, Boveri et Sutton ont noté des similitudes frappantes entre les chromosomes pendant la méiose et les facteurs de Mendel.

Comme les facteurs de Mendel, les chromosomes vont par paires. Rappelant la loi de ségrégation de Mendel, ces paires se séparent pendant la méiose de telle sorte que chaque gamète (par exemple, le spermatozoïde ou l'ovule) reçoit un chromosome de chaque paire. Les paires de chromosomes sont séparées indépendamment les unes des autres, ce qui correspond à la loi de Mendel sur l’assortiment indépendant.

La première preuve concrète de la théorie chromosomique de l’hérédité est venue de l’un de ses détracteurs, Thomas Hunt Morgan. Morgan a constaté qu’une mutation affectant la couleur des yeux des mouches de vinaigre a été héritée différemment par les mouches mâles et femelles, et il a démontré que ce trait était déterminé par le chromosome X.

Nous savons maintenant que les facteurs de Mendel sont des segments d’ADN, appelés gènes, à des endroits chromosomiques spécifiques. L’indépendance de l’assortiment des gènes sur différents chromosomes est une conséquence de l’arrangement aléatoire des chromosomes à la ligne médiane d’une cellule pendant la métaphase I, qui détermine quels gènes se séparent dans les mêmes cellules filles. Chaque paire homologue de chromosomes migre indépendamment des autres. La loi de ségrégation correspond au mouvement des chromosomes pendant l’anaphase I qui garantit, dans des conditions normales, que chaque gamète ne reçoit qu’une seule copie de chaque chromosome distribuée au hasard.