他积极从事政治活动，锐意实现政治改革，但是困难重重，这已如上述。
他利用工作之便，积极从事自然科学的研究。他分管矿山建设，不得不钻研地质学，从而对矿石具有浓厚的兴趣。每到一地，都像一个地质工作者那样观察地形，用锤子敲打岩石，采集样本，带回来陈列在房子里，甚至撂下文学创作，用宝贵的时间去撰写论述花岗岩的文章，把花岗石称为地球上最古老的纪念碑。他把眼光转向生物界。他最敬佩瑞典自然科学家卡尔·封·林内（1704—1778）。林内将自然界分成植物、动物和矿物三大类，编出的植物志都使他感到兴趣。他主管过森林，便研究树木的种类，在家里则细心观察花草的种类、外形和内部构造。他企图找到原始动物和植物，阐明他的变形和生物进化的理论。
最后他转向了人自身。人体科学是人最了解的部门，也是人最不了解的部门。为了增加知识，他在1781年秋抽空去耶拿听医学教授尤斯图斯·克里斯蒂安·洛德的解剖学、骨骼学的讲课。从1781年11月至1782年1月歌德亲自在魏玛美术学校作关于解剖学的报告，每周两次。他在比较解剖学领域作出了贡献。他见到狗有颚间骨，于是联想到，人为什么没有颚间骨呢？当时的一些解剖学家和教会断言，有无颚间骨正是动物与人的一个区别。经过反复研究，1784年3月他发现了人的颚间骨。他立即欣喜若狂地写信给他的情人施泰因夫人：“我感到无比的快乐，我有了一项解剖学上的发现，它很重要，好极了。这也有你的一份功劳。但不要对任何人说一个字。我也写信告知赫尔德尔，要他别讲出去。我现在快乐得心花怒放了。”（1784年3月27日）
同一天他写信给赫尔德尔：
“我找到了——既不是黄金也不是白银，但却使我有说不出来的喜悦——人的颚间骨！我比较洛德的人的头骨和动物的头骨，找到了线索，确认这就是人的颚间骨。我请求你不要说出去，因为这必须保密。你也会十分高兴的。”
歌德画了图，就这一发现写出《上颚之颚间骨人兽相同说》的论文。洛德教授将他的论文译成了拉丁文。然后歌德将它寄给了荷兰著名的解剖学家、当时的学术权威坎帕尔。坎帕尔赞扬了他的“引人注目的观察”，但是拒绝了他的基本思想，而且说他附的骨形图画得不对。接近歌德的几位学者也反应冷淡。只有洛德支持他，并于1788年在自己的解剖手册中发表了歌德发现的颚间骨图。其实，法国解剖学家维克达齐尔早在1780年就在巴黎发现了它并于1784年发表了。由于当时没有今天这么发达的新闻传媒，以致歌德还在这一发现后自鸣得意地企图保密，几位权威还拒绝他的科研成果哩。
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