Così il giovane scienziato decise di recarsi sulle rive del Mediterraneo, precisamente a Napoli, per continuare i suoi studi. Avendo letto, durante un breve soggiorno a Gießen, l'opera di Fritz Müller "Per Darwin", in cui lo studioso sosteneva che era principalmente in embriologia che bisognava ricercare le preziose indicazioni riguardanti la genealogia degli organismi, Il'ja fu profondamente colpito dalle teorie evoluzioniste e ciò influenzò, in modo decisivo, la futura direzione delle sue ricerche. Secondo il suo metodo di studiare prima ciò che era più semplice, si concentrò così sull'embriologia, poiché nell'uovo e nell'embrione è possibile seguire passo dopo passo la trasformazione del semplice nel complesso e vedere l'origine e lo sviluppo di tutte le parti costituenti l'organismo. Mentre studiava la storia dello sviluppo dei cefalopodi, scoprì che questi avevano strati embrionali simili a quelli dei vertebrati; fu la prima volta che questa cosa fu stabilita.