Окончив Харьковский университет (1864), Илья Ильич специализировался в Германии у Р. Лейкарта и К. Зибольда, изучал эмбриологию беспозвоночных животных в Италии. Следует отметить, что в 1856 году Илья Мечников поступил сразу во 2-й класс харьковской гимназии. Сдав экстерном экзамены, 19-летний Илья Мечников окончил университет в 1864 году и уже на следующий год, как подающий большие надежды, был командирован за границу для пополнения знаний.

В семье Мечниковых помимо четырёх сыновей росла также дочь Екатерина (1834). Племянница И. И. Мечникова (дочь сестры) — оперная певица Мария Кузнецова. Невеста была настолько слаба из-за туберкулеза, что в церковь, где проходило венчание, её внесли на стуле. Мечников надеялся излечить любимую.

В 1866—1886 Мечников разрабатывал вопросы сравнительной и эволюционной эмбриологии, будучи (вместе с Александром Ковалевским) одним из основоположников этого направления

В отчаянии Мечников выпил огромную порцию морфия. Изучая планарии, открыл в 1865 году феномен внутриклеточного пищеварения. Методами эмбриологии доказал единство происхождения позвоночных и беспозвоночных животных, стал доцентом Новороссийского университета. Защитил в 1867 году в Петербургском университете магистерскую диссертацию, с 1868 — приват-доцент этого университета.

В 1887 покинул Россию и переехал в Париж, где ему была предоставлена лаборатория в созданном Луи Пастером институте. Проживая до конца жизни в Париже, Мечников не порывал связи с Россией. Умер в Париже15 июля1916 года в возрасте 71 года после нескольких инфарктов миокарда. Илья Мечников завещал своё тело на медицинские исследования с последующей кремацией и захоронением на территории Пастеровского института, что и было выполнено.

В 1879 году открыл возбудителей микозовнасекомых. Многочисленные работы Мечникова по бактериологии посвящены вопросам эпидемиологии холеры, брюшного тифа, туберкулёза и др. инфекционных заболеваний. Мечников совместно с Э. Ру впервые вызвал экспериментально сифилис у обезьян (1903).

Основным средством в борьбе против старения и самоотравления организма человека Мечников считал болгарскую молочнокислую палочку — Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Он первый в мире оценил значение открытия болгарского студента Стамена Григорова. Ещё в 1905 Мечников, как директор Института Пастера, пригласил молодого болгарина в Париже, чтобы он прочёл лекцию о своём открытии перед светилами микробиологии того времени.

В 1908, в годовщину французской академии наук, опубликована его статья Несколько слов о кислом молоке. Исследуя вопросы старения и собрав данные по 36 странам, Мечников установил, что самое большое количество «столетников» в Болгарии — 4 на 1000 человек. Он связал это с болгарским йогуртом (в Болгарии его называют кисело мляко — «кислое молоко»).

Сам он до конца жизни регулярно употреблял не только молочнокислые продукты, но и чистую культуру болгарской палочки. В ранних трудах, посвящённых вопросам дарвинизма (Очерк вопроса о происхождении видов, 1876, и др.), Мечников высказал ряд идей, предвосхитивших современное понимание некоторых вопросов эволюции.

Совместно с Н. Ф. Гамалеей основал первую в России бактериологическую станцию (1886). Илья Ильич в главном труде своей жизни «Невосприимчивость в инфекционных болезнях» (1901) изложил фагоцитарную теорию иммунитета. И. И. Мечников является лауреатом Нобелевской премии совместно с П. Эрлихом по физиологии и медицине (1908) .

За границей (1864–1967) он работал в Гиссене, Геттингене и Мюнхене. Защитил магистерскую диссертацию на тему: «История эмбрионального развития Sepiola» (1867) и докторскую диссертацию на тему: «История развития Nebalia» (1868) в Петербургском университете.

Иван Мечников долго дружил с Львом Толстым, который и описал его последние дни в повести «Смерть Ивана Ильича»

Работа станции вызвала многочисленные нападки чиновников и реакционных врачей. Илья Ильич на себе испытал все «прелести» российской традиции не ценить отечественные таланты. Интриги в научных, университетских кругах вынудили его в 1887 году покинуть Россию и навсегда поселиться за границей. Здесь он обрёл душевное спокойствие и материальное благосостояние. И. И. Мечников родился 15 мая 1845 года в имении Панасовка в деревне Ивановке ныне Купянского района Харьковской области Украины.

Способности к наукам также обнаружились у него достаточно рано. Подошло время, и отдали Илью в 1856 году во 2-ю Харьковскую гимназию, которую он закончил в 1862 году с золотой медалью

Женитьба не охладила пыл Ильи Ивановича Мечникова, он быстро проиграл всё приданое жены Эмилии. Под давлением супруги полковник И. И. Мечников подал в отставку и отправился в родовое имение на Слобожанщину. Там, вдали от столичного шума, выросли четверо сыновей и дочь Ильи Ивановича и Эмилии Львовны.

Мечниковы в то время жили в Одессе

Ещё один из братьев, Николай, пошедший по правоведческой стезе, придерживался того принципа, что «цель жизни в счастье и следует как можно более быстро идти ему навстречу». Он и шёл — карты, рестораны, «ночные бабочки». А затем, подняв гарибальдийцев в контратаку, был сражён осколками вражеского снаряда.

К удивлению окружающих, он ограничился лишь наружным осмотром и сразу поставил точный диагноз: пуля застряла в кости, и не следует торопиться с её извлечением. И вскоре Николаю Ивановичу пришло письмо: «Капрера, 6 августа. Примите, дорогой доктор, мои уверения в преданности. Раз имя и число были запечатлены на его сетчатке», — пояснял А. М. Безредка, — «он более их не забывал» . Если бы его учили музыке, он стал бы выдающимся музыкантом. Кстати, в будущем музыка станет его постоянным утешителем.

В ряде работ Мечниковым затронуты многие общетеоретические и философские проблемы. Ко времени возвращения в Россию (1867) И. И. Мечников получил важные результаты. Илья Ильич дважды женился и дважды пытался уйти из жизни. В 1869 году в Петербурге он обвенчался с Людмилой Федорович. В 1865 году И. И. Мечников переехал для продолжения исследований в Неаполь, где познакомился с А. О. Ковалевским. В 1868–1870 годах, с краткими перерывами, И. И. Мечников продолжил за границей исследования по эмбриологии различных групп беспозвоночных.