A partire dal 1850 Charles Darwin avviò una lunga serie di osservazioni botaniche e di esperimenti per spiegare il fenomeno del polimorfismo fiorale, che è una caratteristica di alcune specie nelle quali individui diversi presentano fiori morfologicamente diversi.

Darwin fu spinto ad interessarsi a questo argomento in seguito ad un'osservazione che poteva apparire come una contraddizione alla sua teoria della selezione naturale: la maggior parte delle piante superiori presenta fiori ermafroditi. Questo fatto implica la potenziale auto-impollinazione dei fiori e la loro conseguente auto-fecondazione, nonché la riduzione delle possibilità di incrocio e quindi della variabilità tra individui. Invece, secondo la teoria darwiniana, l'evoluzione delle specie si basa sulla selezione naturale, possibile grazie alla variabilità dei caratteri generata dall'incrocio tra individui diversi.

Fu nel 1859 che, nel suo giardino di Down House, Darwin avviò con grande rigore scientifico i primi esperimenti su Primula veris, che servirono poi da base per la pubblicazione, nel 1877, del volume "The different Forms of Flowers on Plants of the Same Species".

Darwin continuò i suoi studi con numerosi ulteriori esperimenti sulla fertilità dei discendenti. Questi studi gli permisero di dimostrare una grande differenza tra la fertilità delle piante ottenute da unioni tra individui dello stesso morfotipo e quella dei discendenti ottenuti da incroci tra individui di diverso morfotipo, a conferma di quanto già dimostrato alcuni anni prima, e cioè che la maggior parte delle piante fecondate col proprio polline o con quello della stessa forma, risulta in un certo grado sterile, ed i discendenti di queste sono più piccoli, deboli e sterili. La diversità attuale riscontrabile nel regno vegetale, visto il gran numero di piante caratterizzate da fiori ermafroditi, è giustificabile solo se si ammette la presenza di meccanismi che favoriscano l'impollinazione incrociata, e limitino o impediscano l'auto-fecondazione. Tali meccanismi includono, oltre all'eterostilia, lo sfasamento temporale del periodo di maturazione degli organi maschili e femminili di un fiore (fenomeno detto dicogamia), l'autosterilità, la specializzazione della struttura fiorale in relazione all'impollinazione mediata da insetti.  A Darwin mancavano le nozioni genetiche e fisiologiche necessarie per spiegare il meccanismo che sta alla base dell'incompatibilità, ma a lui è dovuta la scoperta e la descrizione di questi fenomeni, che stanno alla base della riproduzione e dell'evoluzione dei vegetali.