Consideriamo un individuo eterozigote per due geni (AbBb), nel quale gli alleli A e B provengono dalla madre mentre gli alleli a e b provengono dal padre. Quando questo organismo produce i gameti, gli alleli di origine materna (A e B) devono per forza finire insieme in uno stesso gamete e quelli di origine paterna (a e b) in un altro, oppure un gamete può ricevere un allele materno e uno paterno (A e b, come pure a e B)? Per rispondere a questa domanda Mendel progettò un'altra serie di esperimenti. Cominciò con dei ceppi di pisello che differivano per due caratteristiche del seme: la forma e il colore. Un ceppo parentale puro produceva soltanto semi lisci e gialli (AABB), mentre l'altro produceva soltanto semi rugosi e verdi (aabb). Dall'incrocio tra questi due ceppi si otteneva una generazione F1 nella quale le piante avevano tutte genotipo AaBb. Poichè gli alleli A e B sono dominanti, i semi erano tutti lisci e gialli. Mendel continuò l'esperimento fino alla generazione F2 compiendo un incrocio diibrido (ovvero un incrocio fra individui che sono tutti doppiamente eterozigoti) fra piante di F1; in pratica, si limitò a lasciare che le piante di F1 si autoimpollinassero. Secondo Mendel, esistevano due diversi modi in cui tali piante doppiamente eterozigoti potevano produrre gameti.

1. Gli alleli A e a potevano conservare la relazione che avevano nella generazione parentale (cioè essere associati). In questo caso le piante F1 avrebbero prodotto due soli tipi di gameti (AB e ab) e la progenie di F2 risultante dall'autoimpollinazione avrebbe dovuto essere composta da piante con semi lisci e gialli e da piante con semi rugosi e verdi con un rapporto 3:1. Se questo fosse stato il risultato, non ci sarebbe stata ragione di pensare che la forma e il colore del seme fossero regolati da due geni diversi, dato che i semi lisci sarebbero stati sempre gialli e quelli rugosi sempre verdi.

2. Gli alleli A e a si potevano distribuire in modo indipendente da come si distribuivano B e b (cioè i due geni potevano essere indipendenti). In questo caso la F1 avrebbe prodotto in egual misura quattro tipi di gameti: AB, Ab,aB,ab. Dalla combinazione casuale di questi gameti si sarebbe generata una F2 con nove genotipi differenti. La progenie di F2 avrebbe uno fra tre genotipi possibili per la forma (AA,Aa e aa) e uno fra tre genotipi possibili per il colore (BB,Bb e bb) che, combinati tra loro, danno nove genotipi. I fenotipi corrispondenti sarebbero stati quattro: liscio giallo, liscio verde, rugoso giallo e rugoso verde.

Gli incroci diibridi di Mendel confermarono la seconda previsione: in F2 comparvero infatti quattro fenotipi differenti in un rapporto di 9:3:3:1.

In una parte della progenie le caratteristiche parentali si presentarono in combinazioni inedite (liscio con verde e rugoso con giallo), che prendono il nome di fenotipi ricombinanti. Questi risultati condussero Mendel alla formulazione della Seconda Legge di Mendel o legge dell'assortimento indipendente dei caratteri:

"Durante la formazione dei gameti, geni diversi si distribuiscono l'uno indipendentemente dall'altro".

 Oggi sappiamo che questa legge non è universalmente valida come la legge della disgiunzione; essa infatti si applica ai geni posizionati su cromosomi distinti, ma non sempre a quelli collocati su uno stesso cromosoma