Beliau adalah salah seorang yang pertama menganggap psikologi sebagai cabang fisiologi. Dia juga mencadangkan alam Protista pada 1866. Kepentingan utamanya terletak pada evolusi dan proses pembangunan kehidupan secara umum, termasuk pembangunan bentuk bukan rawak, yang memuncak dalam Kunstformen der Natur yang digambarkan dengan indah ("Bentuk seni alam semula jadi"). Haeckel tidak menyokong pemilihan semula jadi, sebaliknya mempercayai Lamarckisme.[25]

Haeckel memajukan versi teori rekapitulasi yang telah ditetapkan terdahulu oleh Étienne Serres pada tahun 1820-an dan, disokong oleh pengikut Étienne Geoffroy Saint-Hilaire, termasuk Robert Edmond Grant.[26] Ia mencadangkan hubungan antara ontogeni (perkembangan bentuk) dan filogeni (keturunan evolusi), yang disimpulkan oleh Haeckel dalam frasa "ontogeni menyimpulkan filogeni". Konsep rekapitulasinya telah disangkal dalam bentuk yang diberikannya (kini dipanggil "rekapitulasi kuat"), memihak kepada idea yang pertama kali dikemukakan oleh Karl Ernst von Baer. Hipotesis rekapitulasi yang kuat melihat ontogeni sebagai bentuk berulang moyang dewasa, manakala rekapitulasi yang lemah bermakna bahawa apa yang diulang (dan dibina di atas) ialah proses perkembangan embrio nenek moyang.[27] Haeckel menyokong teori dengan lukisan embrio yang sejak itu telah terbukti diringkaskan secara melampau dan sebahagiannya tidak tepat, dan teori itu kini dianggap sebagai peringkasan yang terlalu rumit bagi hubungan yang agak rumit, tetapi perbandingan embrio[6] kekal sebagai cara yang berkesan untuk menunjukkan bahawa semua haiwan adalah berkaitan. Haeckel memperkenalkan konsep heterokroni, perubahan dalam masa perkembangan embrio dalam tempoh evolusi.[28][29]

Haeckel ialah seorang tokoh yang megah, yang kadangkala mengambil lompatan yang hebat dan bukan saintifik daripada bukti yang ada. Sebagai contoh, pada masa Darwin menerbitkan Asal Usul Spesies (1859), Haeckel membuat postulat bahawa bukti evolusi manusia akan ditemui di Hindia Timur Belanda (kini Indonesia). Pada masa itu, masih belum ada tinggalan badan nenek moyang manusia yang dikenal pasti.

Seorang pelajar telah menemui beberapa mayat: seorang lelaki Belanda bernama Eugène Dubois mencari di Hindia Timur dari 1887 hingga 1895, menemui mayat Manusia Jawa pada 1891, yang terdiri daripada tengkorak, tulang peha dan beberapa gigi. Rangka ini adalah antara rangka-rangka hominid tertua yang pernah ditemui. Dubois mengklasifikasikan Manusia Jawa dengan label Pithecanthropus Haeckel, walaupun ia kemudiannya dikelaskan semula sebagai Homo erectus. Sesetengah saintis pada masa itu mencadangkan[30] Manusia Jawa Dubois sebagai bentuk perantaraan yang berpotensi antara manusia moden dan nenek moyang yang sama yang kita kongsi dengan kera besar yang lain. Persetujuan ahli antropologi semasa adalah bahawa nenek moyang langsung manusia moden oalah populasi Homo erectus Afrika (mungkin Homo ergaster), bukannya populasi Asia yang dicontohkan oleh Manusia Jawa dan Manusia Peking. (Ironinya, spesies manusia baru, Homo floresiensis, sejenis manusia kerdil, baru ditemui di pulau Flores).[31]