Nel gennaio 1937 presso "l'Istituto per la biologia ereditaria e per l'igiene razziale" di Francoforte sul Meno, divenne assistente di Otmar Freiherr von Verschuer, conosciuto per le sue ricerche nella genetica, con un particolare interesse per i gemelli, ricerche che influenzarono Mengele. Nel 1937 Mengele si iscrisse al Partito Nazionalsocialista e nel 1938 alle SS; nello stesso anno, si laureò in medicina, presentando una tesi intitolata "Ricerche sistematiche in ceppi familiari affetti da cheiloschisi o da fenditure mascellari o palatali", aiutato da Von Verschuer.