Bakterie
Pomocí injekcí vpravoval do těl dětí smrtící bakterie. Chtěl studovat různá stádia reakcí.
Změna pohlaví
Na jednom z dvojčat provedl operaci změny pohlaví. Chtěl vědět, jestli by se dvojčata chovala jinak, kdyby byly stejného nebo různého pohlaví.
Těhotenství
Mengele chtěl vědět, jaké dítě se narodí z pohlavního styku mezi bratrem a sestrou. Zajímalo ho, jestli se vůbec z takového styku může narodit dítě. Každé děvče, které otěhotnělo během pobytu v koncentračním táboře pod Mengeleho dohledem, bylo těhotné kvůli nucenému incestu.
Odolnost vůči izolaci
Chtěl vědět, zda jsou dvojčata schopná přežít jedno bez druhého. Záměrně je rozdělil, aby viděl, které vydrží v izolaci déle. Zamkl je do oddělených místností, aniž by jim kdokoli mohl dělat společnost a čekal.
Změna tvaru orgánů
K dalším zvráceným pokusům Mengeleho patřila snaha o změnu tvaru lidských orgánů. Ty lidem vybral (bez použití narkózy), upravil jejich tvar a přišil je zpět.
Amputace
Dvojčata Mengeleho mimořádně fascinovaly. Chtěl prozkoumat každý aspekt jejich existence. Byl známý tím, že si často vybral dvojčata, uložil je na operační stůl a vpíchl jim do srdce chloroform, což je okamžitě zabilo. Potom jim odstraňoval končetiny a orgány, aby je mohl prostudovat.
Mengele se v roce 1945 dostal do zajetí nedaleko Norimberku, došlo však k údajnému omylu a byl propuštěn. Dlouhý čas se skrýval, dostal občanství v Paraguayi a opět se oženil. 35 let žil na útěku pod různými jmény. O jeho životě a smrti koluje mnoho fám, v roce 1985 se však našlo jeho mrtvé tělo.