1787, in einem öffentlichen Garten weckte die Betrachtung mehrerer dort blühender Gewächse in Goethe eine alte Lieblingsidee. Er wollte, wo möglich, unter dieser Schaar die Urpflanze entdecken. Eine poetische Form gab Goethe dieser Idee in seinem Gedicht "die Metamorphose der Pflanzen". Wissenschaftlich erörterte er jenen Gegenstand in seinem 1790 gedruckten "Versuch, die Metamorphose der Pflanzen zu erklären."

Wie Goethe die Natur überhaupt, besonders aber im Gegensatze zur Kunst betrachtete, zeigten die nachfolgenden Äußerungen in einem Schreiben an die Herzogin Luise von Sachsen-Weimar: "Das geringste Produkt der Natur hat den Kreis seiner Vollkommenheit in sich, und ich darf nur Augen haben, um zu sehen, so kann ich die Verhältnisse entdecken; ich bin sicher, dass innerhalb eines kleinen Zirkels eine ganze wahre Existenz beschlossen ist. Ein Kunstwerk hingegen hat seine Vollkommenheit außer sich; das Beste liegt in der Idee des Künstlers, die er selten oder nie erreicht; alles Folgende in gewissen angenommenen Gesetzen, welche zwar aus der Natur der Kunst und des Handwerks hergeleitet, aber doch nicht so leicht zu verstehen und zu entziffern sind, als die Gesetze der lebendigen Natur. Bei den Kunstwerken ist viel Tradition, die Naturwerke sind immer wie ein frisch ausgesprochenes Wort Gottes."

Über die Idee einer Metamorphose der Pflanzen erklärte sich Goethe näher in einem Briefe an Herder vom März 1787. Er äußerte darin, dass er dem Geheimnis der Pflanzenerzeugung und Organisation ganz nahe gekommen sei, und meinte, dass es nichts Einfacheres geben könnte. Unter dem italienischen Himmel ließen sich darüber die herrlichsten Beobachtungen anstellen. "Den Hauptpunkt, wo der Keim steckt," schrieb Goethe, "hab' ich ganz klar und zweifellos gefunden. Alles Übrige sah ich schon im Ganzen, und nur noch einige Punkte müssen bestimmter werden. Die Urpflanze wird das wunderlichste Geschöpf von der Welt, um welches die Natur selbst mich beneiden soll. Mit diesem Modell und dem Schlüssel dazu, kann man alsdann Pflanzen ins Unendliche erfinden, die konsequent sein müssen, d. h. die, wenn sie auch nicht existieren, doch existieren können, und nicht etwa malerische und dichterische Schatten und Scheine sind, sondern innerliche Wahrheit und Notwendigkeit haben." Dasselbe Gesetz, meinte Goethe, werde sich auf alles übrige Lebende anwenden lassen.

Goethe isolierte sich völlig um sich mit Naturstudien, besonders aber mit der vergleichenden Anatomie zu beschäftigen. Zur festen Überzeugung ward ihm die Idee, dass ein allgemeiner, durch Metamorphose erzeugter Typus durch die sämtlichen organischen Geschöpfe hindurchgehe und in allen seinen Abstufungen sich beobachten lasse. In mehreren, zum Teil ungedruckt gebliebenen Abhandlungen zergliederte Goethe dies Thema. Er fand jedoch bald, dass die Aufgabe zu groß war, um genügend gelöst zu werden und lenkte daher seine Tätigkeit auf andere wissenschaftliche Gegenstände.

Eine geräumige dunkle Kammer in seinem freigelegenen Wohnhause mit dem daran stoßenden Garten begünstigte seine chromatischen Untersuchungen, die damals ein lebhaftes Interesse für ihn gewonnen hatten. Zu einem besonderen Gegenstande seiner Aufmerksamkeit machte er die prismatischen Erscheinungen. Die Resultate seiner Forschungen veröffentlichte Goethe in seinen "optischen Beiträgen," von denen 1791 das erste Stück erschien.