Les recherches de Roux étaient basées sur la notion d'Entwicklungsmechanik ou mécanique du développement. Sa méthodologie consistait à interférer avec les embryons en développement et à en observer le résultat. Les recherches de Roux ont été menées principalement sur des œufs de grenouilles afin d'étudier les premières structures du développement des amphibiens. Son but était de montrer les processus darwiniens à l'œuvre au niveau cellulaire.
En 1888, Roux a publié les résultats d'une série d'expériences sur les défauts dans lesquelles il a pris des embryons de grenouilles à 2 et 4 cellules et a tué la moitié des cellules de chaque embryon avec une aiguille chaude. Il a rapporté qu'ils se sont transformés en demi-embryons et a supposé que la fonction séparée des deux cellules avait déjà été déterminée. Cela l'a amené à proposer sa théorie de la "mosaïque" : après quelques divisions cellulaires, l'embryon serait comme une mosaïque, chaque cellule jouant son propre rôle unique dans l'ensemble de la conception.
Après quelques années, la théorie de Roux a été réfutée par les études de son collègue Hans Driesch et plus tard, avec plus de précision, Hans Spemann a montré que, en règle générale, les conclusions de Driesch étaient correctes, mais que des résultats comme ceux de Roux peuvent être obtenus après une intervention sur certains avions. Malgré cette erreur de jeunesse, la méthodologie mécanique pionnière de Roux devait s'avérer des plus fructueuses pour la biologie du XXe siècle.