Следующим после Де Фриза серьезным исследованием мутаций была работа Н.И. Вавилова по наследственной изменчивости у растений.

Изучая морфологию различных растений, Н.И Вавилов в 1920 г. пришел к выводу, что, несмотря на резко выраженное разнообразие (полиморфизм) многих видов, можно заметить и четкие закономерности в их изменчивости. Если взять для примера семейство злаков, то окажется, что одинаковые отклонения признаков присущи всем видам (карликовость у пшеницы, ржи, кукурузы; колоски безостые, неосыпающиеся и т.д.).

Закон Н. И. Вавилова гласит: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов».

Свой закон Н.И. Вавилов выразил формулой:

где G₁, G₂, G₃, – виды, а a, b, c– различные варьирующие признаки.

Этот закон важен прежде всего для селекционной практики, потому что позволяет прогнозировать наличие мутантных форм, не известных у растений данного вида, если они уже известны у других видов.

Н. И. Вавилов положил закон гомологических рядов в наследственной изменчивости в основу поиска новых форм растений. Под его руководством были организованы многочисленные экспедиции по всему миру. Из разных стран были привезены сотни тысяч образцов семян культурных и диких растений для коллекции Всесоюзного института растениеводства (ВИР). Она до сих пор является важнейшим источником исходных материалов при создании новых сортов.

Теоретическое значение этого закона состоит в признании родства тех живых организмов, которые имеют сходные ряды наследственной изменчивости (обратный ход мысли). Этот подход нашел применение в эволюционной биологии, причем не только при изучении растений, но и при сравнении животных и даже географических подвидов человека.

Кроме того, в законе Н.И. Вавилова содержалось предвидение того, что у близкородственных видов должны быть гомологичные, т.е. сходные по структуре гены. В тот период, когда о структуре гена ничего не было известно, это был шаг вперед в познании живого («периодический закон Д. И. Менделеева в биологии»). Молекулярная генетика, секвенирование генов подтвердили правильность догадки Н.И. Вавилова, его идея стала очевидным фактом и попрежнему является ключом к познанию живого.