В 1886 году Илья Мечников возвратился в Одессу, где возглавил созданную им совместно с Н. Ф. Гамалеей первую в России и вторую в мире бактериологическую станцию, которая должна была заниматься изготовлением вакцин и прививок против бешенства, борьбой с саранчой и другими работами. К работе Мечников привлек группу молодых энтузиастов – Даниила Кирилловича Заболотного, Льва Александровича Тарасевича, Николая Федоровича Гамалею, ставших впоследствии известными микробиологами. Однако из-за препятствий, чинившихся ему официальными властями, Мечников отказался от заведования станцией. У него окончательно созрело решение покинуть Россию и искать пристанища за границей. В 1887 Мечников выехал в Германию, а осенью 1888 по приглашению французского ученого Луи Пастера переехал в Париж и организовал в его институте лабораторию.
28-летнее пребывание в Пастеровском институте было для Ильи Мечникова периодом плодотворной работы и общего признания. Он был избран членом многих академий и научных сообществ, в том числе почетным членом Петербургской АН (1902), а в 1908 году, совместно с Паулем Эрлихом, получил Нобелевскую премию за работы по иммунитету.
Уделяя главное внимание вопросам патологии, Илья Мечников создал в этот период цикл работ, посвященных микробиологии и эпидемиологии холеры, чумы, брюшного тифа, туберкулеза.
В 1891—1892 годах Мечников разработал тесно примыкающее к проблеме иммунитета учение о воспалении. Рассматривая этот процесс, он оценил сам феномен воспаления как защитную реакцию организма, направленную на освобождение от инородных веществ или очага инфекции.
В последние годы научной деятельности Мечников пытался с позиций биолога и патолога создать «теорию ортобиоза, то есть правильной жизни, основанную на изучении человеческой природы и на установлении средств к исправлению ее дисгармоний…». Считая, что старость и смерть наступают у человека преждевременно, Мечников особую роль отводил микробам кишечной флоры, отравляющим организм своими токсинами. Режимом питания, гигиеническими средствами старость, как полагал Мечников, можно лечить, как и всякую болезнь. Мечников верил, что с помощью науки и культуры человек в состоянии преодолеть противоречия человеческой природы (в том числе и между ранним половым созреванием и возрастом вступления в брак), подготовить себе счастливое существование и, при естественном переходе «инстинкта жизни» в «инстинкт смерти», – бесстрашный конец. Эти взгляды изложены в книгах «Этюды о природе человека» (русское издание в 1903) и «Этюды оптимизма» (1907).
Илья Мечников создал русскую школу микробиологов и иммунологов, среди его учеников были: Александр Михайлович Безредка, Лев Александрович Тарасевич, Даниил Кириллович Заболотный, Яков Юльевич Бардах и др. Кроме научных трудов, он оставил обширное литературное наследство – научно-популярные и научно-философские работы, вспоминания, статьи, переводы.
В 22 года, когда его сверстники вовсю крутили романы, Илья Мечников был уже признанным учёным, доктором наук и не по годам серьёзным человеком. Казалось, что он совсем не интересуется женским полом, предпочитая девушкам личинок морской звезды. Однако это было не совсем так. Будучи видным физиологом, Мечников прекрасно понимал, что рано или поздно ему придётся жениться. К проблеме молодой учёный подошёл со свойственной ему серьёзностью и основательностью. Нужно сказать, что Мечников никогда не питал особого уважения к женскому полу. Он считал, что «женщины не способны к самостоятельной творческой деятельности, а гениальность – такой же вторичный половой признак мужчины, как борода». Но, несмотря на такое презрительное отношение к дамам, Илья Ильич хотел, чтобы его жена была ему не только верной подругой, но ещё и соратницей и единомышленницей. Поэтому Мечников решил «воспитать себе жену».
Кандидатуры в «воспитанницы» подверглись тщательному отбору, и в результате выбор пал на дочь друга Мечникова – Бекетова, с которой Илья Ильич познакомился в Петербурге. Однако точный расчёт не оправдался – в дело вмешались чувства. Когда отношения между молодыми людьми вовсю набирали обороты, Мечников тяжело заболел. Часами лёжа в постели, он ждал, когда невеста навестит его, но она продолжала посещать званые вечера и театральные премьеры, совершенно позабыв о своём «долге». Зато к Мечникову частенько захаживала родственница Бекетовых – Людмила Васильевна Федорович. Ровесница Ильи Ильича, девушка была всерьёз очарована молодым учёным. Мечников же вовсе не считал её привлекательной. В своём письме к матери он пишет о ней так: «Она недурна собой, но не более. У неё хорошие волосы, но зато дурной цвет лица». Однако Людмила, казалось, не замечала равнодушия учёного. Она часами просиживала у его постели, вслух читала ему книги (из-за болезни Мечников почти ослеп), пыталась развеселить его и развеять мрачные мысли. Оправившись, Мечников с удивлением понял, что уже не представляет себе жизни без этих неспешных бесед, без её кроткого взгляда и мягкой улыбки. «Я почувствовал ужасную потребность быть любимым, потребность всяких нежных излияний. Конечно, тотчас же стал вспоминать и думать о детях, но больше думал о Лю (так Мечников называл Людмилу Федорович)», – говорил Мечников в следующем письме матери.
Счастье казалось близким, а будущее безоблачным, но судьба распорядилась иначе. Людмила Федорович внезапно заболела. То, что поначалу напоминало сильную простуду, оказалось скоротечной чахоткой. Илья Ильич был в отчаянии. «Почему болезнь отнимает у меня единственного близкого человека? Почему именно моей Лю суждено умереть, ведь на свете много других людей, которые уже прожили долгую достойную жизнь и готовы встретить свой конец?» – думал он долгими бессонными ночами. Внезапно ему в голову пришла шальная мысль, что его чувство способно победить тяжёлую болезнь, что, если свадьба состоится, недуг отступит. И, несмотря на скептическое отношение к этой затее родителей жениха, в 1869 году молодые люди устроили свадьбу. Венчание представляло собой печальное зрелище. Невеста была настолько слаба, что не могла самостоятельно идти к алтарю, и её пришлось нести на стуле. Жених был сосредоточен и печален, будто присутствовал не на собственной свадьбе, а прощался с кем-то родным и близким. После свадьбы Мечниковы уехали в Италию – климат Петербурга был губителен для Людмилы. Медовый месяц трудно было назвать счастливым: в спальне молодожёнов постоянно пахло лекарствами, и казалось, что болезнь – ещё один член их семьи, о котором хоть и не принято говорить вслух, но который постоянно присутствует в их доме.
Через 4 месяца после свадьбы Мечников был вынужден покинуть Италию – его избрали профессором Новороссийского университета, и, пока Илья Ильич занимался научными исследованиями, читал лекции студентам, Людмила Федорович боролась с недугом в Швейцарии, куда её перевезли для дальнейшего лечения. Мечников очень скучал, терзался тем, что оставил больную жену одну, волновался о её здоровье, но бросить науку он не мог даже ради личного счастья. Их семейная жизнь оборвалась через 4 года после свадьбы. В 1873 году Людмила Федорович скончалась, немного не дожив до своего 28-летия и так и не успев подарить мужу наследников. Мечников был в отчаянии. Ему казалось, что, если бы он был рядом, обожаемой Лю удалось бы справиться с болезнью. Чувство вины было настолько сильным, что Илья Ильич решил расстаться с жизнью, приняв морфий. Впервые в жизни учёный ошибся в расчётах – доза морфия оказалась слишком большой, и, вместо того чтобы отправиться вслед за любимой, Мечников отделался мучительным приступом рвоты.
