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Berühmt wurde Roux durch die 1882 begonnenen Experimente am Froschei bzw. dem sich entwickelnden Froschkeim. Auf ihnen gründet das Programm einer Entwicklungsmechanik des Embryo (1885). Für diesen neuen biologischen Wissenschaftszweig gab Roux selbst mehrere Definitionen, die einmal (als experimentelle Entwicklungsmechanik)^[1] stärker mechanistisch ausgerichtet waren, zum anderen die spezifisch biotischen Lebensleistungen in den Mittelpunkt rückten.

Dennoch gilt Roux in der Biologiegeschichte als typischer Vertreter des Mechanizismus, was zumindest ungenau ist.

Im Jahr 1887 stellte Roux erstmals Hemiembryonen vor, das heißt typische halbe Froschlarven, die er durch das Abtöten einer der beiden ersten Tochterzellen des Froschkeimes erhielt. Entwicklung ist danach eine mit der ersten Furchungsteilung einsetzende gleichmäßige Verteilung der Keimqualitäten auf die künftigen Organe (Mosaikenentwicklung), was mit seiner Deutung der Kernteilungsfiguren korrespondierte. Doch das blieb nicht Roux letztes Wort, denn einige seiner Hemiembryonen zeigten typische regenerative Effekte; der Hemiembryo komplettierte sich, was Roux durch die Hypothese eines Reserveidioplasmas, das bei jeder Zellteilung an jede Tochterzelle mitgegeben werde, zu erklären suchte.

1891 erhielt Hans Driesch mit Seeigeleiern aus den im Zweizellenstadium halbierten Keimen vorwiegend sofort Ganzbildungen, womit Roux Theorie der ontogenetischen Entwicklung erschüttert war. Die Klärung der Differenz der Ergebnisse von Roux und Driesch gelang erst wesentlich später, aufbauend auf den Arbeiten von Theodor Boveri, Alexander Gurwitsch und Paul Alfred Weiss sowie durch die biochemische und genetisch-molekularbiologische moderne Forschung. Roux wissenschaftlicher Lebensweg war fortan durch die Kontroversen mit Driesch und Oskar Hertwig bestimmt, was jedoch für die Propagierung der Entwicklungsmechanik, die auch als Entwicklungsphysiologie bezeichnet wurde, sehr förderlich war.

1893 legte Roux Gewebskulturen an.^[2] Im Herbst 1894 gründete Roux das Archiv für Entwicklungsmechanik der Organismen, welches unter mehrfach wechselndem Namen bis heute erscheint.

Die Bedeutung Roux für die Biologie besteht in der Begründung eines experimentellen biologischen Konzepts. Damit wurde sein Werk zum Ausgangspunkt der modernen Biologie.

Das Werk von Wilhelm Roux wurde von O. Fischer, Rudolf Fick und Hans Strasser weiterentwickelt und fand zudem Aufnahme in die Arbeiten von Hermann Braus und dessen Schülern Curt Elze und Hans Petersen. Auf diese Weise wurde Roux auch zu einem der Wegbereiter der modernen Orthopädie.^[3]