Илья с детства выделялся среди своих братьев не свойственным им интересом к природе, ее тайнам и законам. Учителя, занимающиеся со всеми детьми Мечниковых, поражались необыкновенным способностям и страстной любви к природе самого младшего из братьев. Илья сопровождал Леву в ботанических экскурсиях, увлеченно занимался ботаникой, составлял гербарий окрестностей имения и отлично знал местную флору. Он был настолько непоседлив, что мама называла его «господин Ртуть». Шалостям и выдумкам Ильи не было конца.

Однажды, когда мальчику еще не было и одиннадцати лет, он пережил тяжелый стресс. 20 июля 1856 года в имении Мечниковых готовились к именинам Ильи Ивановича. Илюша в этот день семейного праздника носился как угорелый по двору и по всему дому. А потом он убежал к пруду, стал ловить мелких рыбешек сачком, в какой-то момент, опуская сачок в воду, покачнулся и упал в пруд. Плавать он не умел, стал тонуть. Крики тонущего ребенка разнеслись по саду. К счастью, поблизости находился дядя, Дмитрий Иванович. Он вытащил Илью из воды в бессознательном состоянии. Ребенка привели в чувство, унесли домой и уложили в постель. Но через несколько часов «господин Ртуть» снова был на ногах. А поздней ночью случилась беда – кто-то из гостей бросил непотушенный окурок у конюшни. Огонь охватил сухое дерево и перекинулся на крытый соломой флигель, где спали дети. Сквозь дверь проникнуть в комнату уже не было возможности. Перепуганных детей едва успели вынести из огня. Так дважды в один день нервы Илюши Мечникова подверглись тяжелым испытаниям. Этот стресс оставил долгий след на всю его жизнь.

Уже в детстве научные занятия заменяли Илье обычные детские игры. Сверстники и братья становились слушателями импровизированных «лекций», на которых будущий ученый излагал итоги своих наблюдений.

Задолго до поступления в гимназию юный Мечников много знал о растительном и животном мире. Однажды студент-медик Ходунов, приглашенный к старшему брату Ильи в качестве учителя, прогуливаясь по саду, стал свидетелем интересной сцены. На лужайке чинно сидели малыши, перед которыми важно расхаживал Илюша. На носу у него красовались сделанные из проволоки очки, а в руках он держал лягушку, которая отчаянно дергала ногами. «Вы видите лягушку, – говорил мальчик. – У нее есть легкие, которыми она дышит. Маленькие лягушата не похожи на взрослых лягушек. Их называют головастиками, и они плавают в воде, как рыбки…» Детям нравились эти «лекции», сопровождавшиеся демонстрацией живых лягушек, рыбок и мышей. Чтобы еще больше заинтересовать слушателей, «профессор» объявил, что будет платить своим «студентам» по две копейки за лекцию, чтобы они не разбегались.

После начального домашнего образования для Ильи наступили годы учебы в харьковской гимназии. В процессе учебы он проявлял нестандартность мышления, которую нельзя было утаить. Например, учитель русской словесности Захар Петрович Парфенов с удивлением прочитал сочинение ученика Ильи Мечникова, но по достоинству оценил его. «Господа! – сказал учитель, обращаясь к классу. – В этом сочинении гимназист Мечников отрицает существование Бога… Что же мне делать, милостивый государь? Если я передам ваше сочинение в совет гимназии, вас немедленно исключат. Если я этого не сделаю, но совету станет известно содержание этой тетради, то я за потворство вам лишусь службы и моя семья останется без хлеба. Как прикажете мне поступить? Я, заботясь о вашем развитии, не стесняю вас казенными темами для сочинений, а вы посягаете на мой кусок хлеба. Стыдно!.. Я этого не заслужил. Возьмите ваше сочинение, я не передам его в совет. И надеюсь, что в классе не найдется ни одного мерзавца и дело умрет в этих стенах».

Ученики не подвели Захара Петровича, о содержании сочинения Ильи никто не узнал, но юный Мечников получил от своих гимназических товарищей прозвище «Бога нет».

По убеждениям Илья действительно был стихийным атеистом, во многом благодаря общению со студенческой средой и знакомству с произведениями прогрессивных естествоиспытателей и философов. Чтобы читать в подлинниках работы Фейербаха, Бюхнера, Молешотта, Илья Мечников активно изучает немецкий язык. Он знакомится и с запрещенными в России изданиями – «Колоколом» и «Полярной звездой» Герцена. В этом ему помогают братья его гимназического товарища, побывавшие за границей в годы, когда там наблюдался расцвет деятельности «первой волны» русской эмиграции. В дальнейшем Илья Ильич был лично знаком со многими деятелями революционного движения – М. Бакуниным, А. Герценом, В. Ковалевским, П. Лавровым.

Заложенное в детские и юношеские годы умение работать с научной литературой, страстность в постоянном стремлении знать о новинках в различных отраслях естественных наук сохранились у Ильи Ильича Мечникова до конца его жизни. В огромном эпистолярном наследии ученого постоянно встречаются упоминания о книгах и журналах, с которыми он работал в данный момент или собирался работать в ближайшее время. Все публикации Мечникова отличает блестящее знание современной литературы по изучаемому вопросу, активное цитирование работ, опубликованных на русском, французском, немецком, английском языках.

Старший брат Ильи Ильича, Лев Ильич, преследовался властями за участие в студенческом движении и в 1858 году был вынужден уехать за границу. Эти события совпали со временем учебы младшего Мечникова в харьковской гимназии и, несомненно, оказали серьезное влияние на его мировоззрение.

Илья был одним из инициаторов создания «Союза науки» – «священного» союза гимназистов, которые хотели жить не так, как их родители. Он предложил, чтобы каждый член союза взял на себя какую-нибудь отрасль знаний и представлял ее на тайных собраниях. Сам Илья взял на себя науку, которая вела борьбу с церковью и обращалась к природе и опыту как к единственному источнику истины, – материалистическую философию. В клятве, которую произнес Илья, вступая в «Союз науки», говорилось, что он обязуется относиться ко всему, что связано с наукой, как к святыне, все свои силы отдаст делу познания природы и не будет знать на этом пути ни лени, ни усталости.

Среди прочего, он решил перевести с французского языка на русский книгу Грове «Взаимодействие физических сил», в которой автор доказывал взаимное превращение разных видов энергии друг в друга. Работа была доведена до конца, и книга стала доступна всем членам «Союза науки», желавшим ее прочесть на русском языке.

Что же касается политики, то Мечников-младший не заинтересовался ею в такой же степени, как его брат. У него были другие интересы, основанные на его блистательном таланте экспериментатора. В будущем как друзья и соратники, так и противники научных концепций Ильи Ильича Мечникова отдавали должное его таланту исследователя, способного вести одинаково успешно наблюдения как в лаборатории, так и в природе.