Transfuze krve
Odebral krev jednomu dvojčeti a pomocí transfuze ji dal druhému. Chtěl vidět, zda se tím na druhém dvojčeti cokoli změní. Mnoho dvojčat takovýmto způsobem zabil, protože jim odebral příliš velké množství krve.
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.