С этих пор преподавательская и научная деятельность Бэра вошла в свою постоянную колею. Он руководил практическими занятиями студентов в анатомическом театре, читал курсы по анатомии человека и антропологии и находил время подготавливать и публиковать специальные самостоятельные работы.
В 1819 году ему удалось получить повышение: его назначили экстраординарным профессором зоологии с поручением приняться за устройство при университете зоологического музея. Вообще, этот год был счастливым в жизни Бэра: он женился на одной из жительниц Кёнигсберга Августе фон Медем.
Постепенно в Кёнигсберге Бэр сделался одним из видных и любимых членов интеллигентного общества — не только в кругу профессоров, но и во многих семействах, не имевших прямого отношения к университету.
Прекрасно владея немецким литературным языком, Бэр писал иногда и немецкие стихи, притом весьма недурные и гладкие. «Я должен покаяться, — говорит Бэр в своей автобиографии, — что однажды мне не на шутку пришло в голову, не сидит ли во мне поэт. Но попытки мои выяснили мне, что Аполлон не сидел у моей колыбели. Если я писал не юмористические стихи, то смехотворный элемент всё-таки невольно вкрадывался в форме пустого пафоса или раздирательной элегии».
В 1826 году Бэр был назначен ординарным профессором анатомии и директором анатомического института с освобождением от лежавших до сих пор на нём обязанностей прозектора.
То было время подъёма в творческой научной деятельности учёного. Помимо лекций по зоологии и анатомии, читавшихся им в университете, он написал целый ряд специальных работ по анатомии животных, сделал множество докладов в учёных обществах по естественной истории и антропологии. Автором теории типов, основанной на сравнительно-анатомических данных, по праву приоритета, считается Кювье, опубликовавший свою теорию в 1812 году. Бэр самостоятельно пришёл к подобным же выводам, но напечатал свой труд лишь в 1826 году. Однако теория типов имела бы значительно меньшее значение, если бы она основывалась исключительно на анатомии и не была подкреплена данными истории развития организмов. Последнее и было сделано Бэром, и это даёт ему право считаться наряду с Кювье основателем теории типов.
Но самый большой успех принесли Бэру эмбриологические исследования. В 1828 году появился в печати первый том его знаменитой «Истории развития животных».
Бэр, изучая эмбриологию цыплёнка, наблюдал ту раннюю стадию развития, когда на зародышевой пластинке образуются два параллельных валика, впоследствии смыкающиеся и образующие мозговую трубку. Учёного осенила мысль, что «тип руководит развитием, зародыш развивается, следуя тому основному плану, по которому устроено тело организмов данного класса». Он обратился к другим позвоночным животным и в развитии их нашёл блестящее подтверждение своей мысли.
Громадное значение «Истории развития животных», опубликованной Бэром, состоит не только в отчётливом выяснении основных эмбриологических процессов, но, главным образом, в гениальных выводах, представленных в конце первого тома этого сочинения под общим названием «Схолии и короллярии». Известный зоолог Бальфур, говорил, что все исследования по эмбриологии позвоночных, которые вышли после Бэра, могут рассматриваться как дополнения и поправки к его труду, но не могут дать ничего столь нового и важного, как результаты, добытые Бэром.
Задавая себе вопрос о сущности развития, Бэр отвечал на него: всякое развитие состоит в преобразовании чего-либо ранее существующего. «Это положение так просто и безыскусно, — говорит другой учёный Розенберг, — что оно кажется почти бессодержательным. И, однако, оно имеет большое значение». Дело в том, что в процессе развития каждое новое образование возникает из более простой предсуществующей основы. Таким образом, выясняется важный закон развития — в зародыше появляются сначала общие основы, и из них обособляются всё более и более специальные части. Этот процесс постепенного движения от общего к специальному известен в настоящее время под именем дифференциации. Выяснив принцип дифференциации зародыша, Бэр тем самым положил раз и навсегда конец теории предобразования, или эволюции. Состоялось окончательное торжество принципа эпигенеза.
Кроме интереснейших общих выводов, эмбриологические труды Бэра богаты и фактическими открытиями капитального значения. Из этих открытий на первом месте следует поставить открытие в 1826 году яйца млекопитающих. Это открытие было им обнародовано в форме послания на имя Санкт-Петербургской академии наук, которая избрала его своим членом-корреспондентом.
Другая очень важная находка, сделанная Бэром, — это открытие спинной струны, основы внутреннего скелета позвоночных. Ему же эмбриология обязана первым вполне ясным и детальным описанием развития плодовых оболочек (амниона и аллантоиса), усовершенствованием знаний о зародышевых пластах, описанием образования головного мозга из пузырей, образования глаза в виде выпячивания из переднего мозгового пузыря, развития сердца и так далее. Словом, при своём огромном теоретическом значении «История развития животных» является настоящей сокровищницей фактических открытий.
Осенью 1829 года Бэр отправился в Россию. Но после короткого пребывания в Петербурге, который произвёл на него неблагоприятное впечатление, учёный опять поселился в Кёнигсберге, к великой радости его семьи и друзей. Положение его продолжало улучшаться: правительство ассигновало средства на устройство нового здания для зоологического музея, в котором Бэру была отведена квартира.
Научные занятия Бэр продолжал с необыкновенным рвением. Он сидел над микроскопом целыми днями и, в конце концов, сильно расстроил своё крепкое от природы здоровье. Пока Бэр раздумывал, как бы ему изменить своё положение, непредвиденное событие повлекло за собою новый поворот в его карьере. Старший брат Людвиг заболел и умер; управляемое им фамильное имение в Эстляндии было обременено долгами и требовало хорошего управления, которого более неоткуда было ожидать, кроме как от Карла. Таким образом, Бэру пришлось ехать снова в Эстляндию.
Он решается послать запрос в Петербургскую академию наук: не найдётся ли в ней для него свободного места? Академия отвечала избранием Бэра вновь в свои члены, и, таким образом, окончательное переселение Бэра в Россию было решено. В конце 1834 года Бэр жил уже в Петербурге.
Из столицы учёный летом 1837 года совершил путешествие на Новую Землю, где до него не бывал ни один натуралист. Бэр был в восторге от обилия и новизны впечатлений, произведённых на него этою бедною и до свирепости суровою страной.
Это путешествие повлекло за собою стремление к новым подобным же предприятиям. В 1839 году Бэр совершил со старшим сыном Карлом поездку для исследования островов Финского залива, а в 1840 году вместе с будущим знаменитым путешественником Миддендорфом посетил Кольский полуостров. Таким образом, Бэр всё более и более втягивался в изучение географии, и с 1840 года начал издавать, вместе с Гельмерсеном, особый журнал при академии, под названием «Материалы к познанию Российской империи».
Путешествия его, однако, были на время прерваны новыми обязанностями, возложенными на него. С 1841 года учёный был назначен ординарным профессором сравнительной анатомии и физиологии в Медико-хирургической академии. Но должность профессора, хотя и значительно увеличивала содержание, настолько тяготила его, не оставляя в то же время никаких удобств для самостоятельных зоологических работ, что Бэр в 1852 году сложил с себя это звание.
Несмотря на увлечение географическими работами, Бэра всё ещё не покидала надежда сделать ещё что-нибудь по истории развития животных. Летом 1845 и 1846 годов он ездил за границу, на южные моря, и работал над анатомией и эмбриологией низших животных в Генуе, Венеции и Триесте.
Со смертью академика Загорского Бэр был переведён на кафедру сравнительной анатомии и физиологии и должен был взять на себя заведование анатомическим музеем академии. Собранный в Триесте эмбриологический материал так и остался необработанным; последняя попытка Бэра вернуться к эмбриологии осталась без результата.
