Поворотным моментом в истории учения о воспалительную реакцию стала созданная Мечникова фагоцитарная теория воспаления. Его исследования были начаты в 1865 году в Германии, где изучал реснитчатого червя и выяснил, что пищеварение у червей происходит внутриклеточно, как у простейших животных, а не в специальной пищеварительной полости, как у высших животных. Клетки, в которых происходил пищеварительный процесс, были мезодермальные и отличались некоторой подвижностью.
В 1882 г., через 17 лет, в течение которых продолжались эти исследования, в Мечникова возникла гипотеза о роли внутриклеточного пищеварения в защите организма от микробов. Наблюдая под микроскопом за жизнью подвижных клеток у прозрачной личинки морской звезды, он предположил, что подобные клетки должны противодействовать вредным воздействиям в организме: «...Если моё предположение справедливо, то заноза, вставленная в тело личинки морской звезды, должна быть за короткий срок окружена подвижными клетками, налезают на нее, подобно тому, как это наблюдается у человека, который загнала в палец занозу... ». Так появилась мысль об фагоцитарной теории воспаления.
В 1908 году Мечникову (совместно с немецким ученым Паулем Эрлихом) была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины за работы об иммунитете.