Mengele analizzava i gemelli insieme, sottoponendoli a ricerche di tipo comparativo. Nel suo analizzare i gemelli identici, Mengele effettuava misurazioni, fotografie, prelievi di sangue, spesso a ogni visita. Alcuni gemelli superstiti hanno affermato che le ricerche di Mengele riguardarono anche altre pratiche: utilizzo di sostanze chimiche per analizzare le reazioni della pelle, o pressioni su parte del corpo per misurarne la resistenza, o iniezioni. Una volta supervisionò un'operazione su due bambini romaní che vennero uniti per creare dei gemelli siamesi artificiali; le mani divennero presto infette e le vene si richiusero causando gangrena.