这篇发表在“吉尔伯特年鉴”的论文引起了当时著名化学家贝采利乌斯的注意。之后，维勒到海德堡大学，拜著名化学家格美林和生理学家蒂德曼为师，潜心研究化学。1823年取得外科医学博士学位后，他被早就对其极为欣赏的贝采利乌斯招进自己的实验室工作。这一直也是维勒的心愿。
18世纪至19世纪初的科学界流行一种生命力学说：人们只能合成无机物质，不能合成有机物质，尤其是由无机物合成有机物更不可能。这也是当时人们划分无机物与有机物的标准。但是维勒经过长期的实验发现了用无机化合物氰酸铵人工合成尿素的方法。1828年，他将自己的发现和实验过程写成题为《论尿素的人工制成》的论文，发表在《物理学和化学年鉴》上。
这篇论文的发表，可说是石破天惊，它打破了多年来占据有机化学领域的生命力学说，引起了化学界的一次震动。不少人为之欢呼，纷纷祝贺。对此项发现，恩格斯曾评价，维勒合成尿素，扫除了所谓有机物的神秘性的残余。当然维勒的发现同时也遭到了许多人的反对。他的老师贝采利乌斯最初听到这个消息时，幽默地讽刺说“能不能在实验室造出一个孩子来”。人工合成尿素就像是导火索，椰了有机合成的“大炸弹”，不久，乙酸、酒石酸等有机物，像雨后春笋一般相继被合成出来，开创了有机合成的新时代。
除人工合成有机物外，维勒还在无机化学领域也有不少贡献。他于1827年和1828年分别发现了铝和铍两种元素，对硼、钛、硅的化合物进行了广泛研究并发现了硅的氢化物。这些在化学史上都有重要意义。
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