Flemming a suivi une formation en médecine à l’Université de Prague, où il a obtenu son diplôme en 1868. Il sert ensuite en 1870-71 comme médecin militaire dans la guerre franco-prussienne. De 1873 à 1876, il a travaillé comme enseignant à l’Université de Prague. En 1876, il accepte un poste de professeur d’anatomie à l’Université de Kiel. Il est devenu directeur de l’Institut anatomique et y est resté jusqu’à sa mort.
Avec l’utilisation de colorants à l’aniline, il a pu trouver une structure qui absorbait fortement les colorants basophiles, qu’il a nommée chromatine. Il a identifié que la chromatine était corrélée à des structures filiformes dans le noyau cellulaire – les chromosomes (ce qui signifie des corps colorés), qui ont été nommés ainsi plus tard par l’anatomiste allemand Wilhelm von Waldeyer-Hartz (1841-1923). Le scientifique belge Edouard Van Beneden (1846-1910) les avait également observés, indépendamment.
Flemming a étudié le processus de division cellulaire et la distribution des chromosomes aux noyaux filles, un processus qu’il a appelé mitose du mot grec pour fil. Cependant, il n’a pas vu la division en moitiés identiques, les chromatides filles. Il a étudié la mitose à la fois in vivo et dans des préparations colorées, en utilisant comme source de matériel biologique les nageoires et les branchies des salamandres. Ces résultats ont été publiés pour la première fois en 1878 et en 1882 dans le livre fondateur Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung (1882; Substance cellulaire, noyau et division cellulaire). Sur la base de ses découvertes, Flemming a supposé pour la première fois que tous les noyaux cellulaires provenaient d’un autre noyau prédécesseur (il a inventé l’expression omnis nucleus e nucleo, d’après omnis cellula e cellula de Virchow). Le biologiste ukrainien Petro Peremazhko (1833-1893) a découvert la mitose en 1878 sur la queue du Triturus.
Chromosomes polyténiques dans une cellule de glande salivaire de Chironimus, l’un des plus de 100 dessins du livre de Flemming Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1885
Illustrations de cellules avec chromosomes et mitoses, tirées du livre Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1882
Flemming est également connu pour sa philanthropie. Il nourrissait chaque semaine ceux qui étaient sans abri, faisant don chaque année de 20% de son salaire à des refuges pour sans-abri. Il enseignait en particulier aux jeunes enfants trop pauvres pour aller à l’école les mathématiques et les sciences.
Flemming n’était pas au courant des travaux de Gregor Mendel (1822-1884) sur l’hérédité, il n’a donc pas fait le lien entre ses observations et l’héritage génétique. Deux décennies s’écouleront avant que l’importance de l’œuvre de Flemming ne se réalise véritablement avec la redécouverte des règles de Mendel. La chaîne Science a nommé la découverte de Flemming sur la mitose et les chromosomes comme l’une des 100 découvertes scientifiques les plus importantes de tous les temps, et l’une des 10 découvertes les plus importantes en biologie cellulaire.
Le nom de Flemming est honoré par une médaille décernée par la Société Allemande de Biologie Cellulaire (Deutschen Gesellschaft für Zellbiologie).
