Flemming s-a pregătit în medicină la Universitatea din Praga, absolvind în 1868. Ulterior, a slujit în 1870-71 ca medic militar în Războiul Franco-prusac. Din 1873 până în 1876 a lucrat ca profesor la Universitatea din Praga. În 1876 a acceptat un post de profesor de anatomie la Universitatea din Kiel. A devenit directorul Institutului anatomic și a rămas acolo până la moartea sa.
cu ajutorul coloranților de anilină a reușit să găsească o structură care a absorbit puternic coloranții bazofili, pe care i-a numit cromatină. El a identificat că cromatina a fost corelată cu structurile filiforme din nucleul celular – cromozomii (adică corpuri colorate), care au fost numiți astfel mai târziu de anatomistul German Wilhelm von Waldeyer-Hartz (1841-1923). Omul de știință Belgian Edouard Van Beneden (1846-1910) le observase, de asemenea, independent.
Flemming a investigat procesul de diviziune celulară și distribuția cromozomilor către nucleele fiice, proces pe care l-a numit mitoză din cuvântul grecesc pentru fir. Cu toate acestea, el nu a văzut împărțirea în jumătăți identice, fiica cromatidelor. A studiat mitoza atât in vivo, cât și în preparatele colorate, folosind ca sursă de material biologic aripioarele și branhiile salamandrelor. Aceste rezultate au fost publicate pentru prima dată în 1878 și în 1882 în cartea seminală Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung (1882; substanța celulară, nucleul și diviziunea celulară). Pe baza descoperirilor sale, Flemming a presupus pentru prima dată că toate nucleele celulare provin dintr-un alt nucleu predecesor (el a inventat expresia omnis nucleus e nucleo, după Virchow ‘ s omnis cellula e cellula). Biologul ucrainean Petro Peremazhko (1833-1893) a descoperit mitoza în același 1878 pe coada Triturus.
cromozomi Politenici într-o celulă a glandei salivare Chironimus, unul dintre cele peste 100 de desene din Cartea lui Flemming Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1885
ilustrații ale celulelor cu cromozomi și mitoză, din cartea Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1882
Flemming este cunoscut și pentru filantropia sa. El a hrănit săptămânal pe cei fără adăpost, donând în fiecare an 20% din salariul său adăposturilor fără adăpost. El a învățat în special copiii mici care erau prea săraci pentru a merge la școală despre matematică și știință.
Flemming nu era conștient de lucrarea lui Gregor Mendel (1822-84) despre ereditate, așa că nu a făcut legătura între observațiile sale și moștenirea genetică. Vor trece două decenii înainte ca semnificația operei lui Flemming să fie cu adevărat realizată odată cu redescoperirea regulilor lui Mendel. Canalul științific a numit descoperirea mitozei și cromozomilor de către Flemming drept una dintre cele mai importante 100 de descoperiri științifice din toate timpurile și una dintre cele mai importante 10 descoperiri din biologia celulară.
numele lui Flemming este onorat printr-o medalie acordată de societatea germană pentru Biologie Celulară (Deutschen Gesellschaft f ectr zellbiologie).
