W 1767 r. opublikował artykuł będący podsumowaniem jego badań mikroskopowych. Potwierdził w nich tezy Antonie’a van Leeuwenhoeka dotyczące mikroorganizmów, wykazując, że są to żywe organizmy, a nie cząsteczki dające organizmom siłę życiową. Tym samym obalił teorię samorództwa; udowodnił, że w pożywkach długo gotowanych i dobrze wyizolowanych nie mogą występować drobnoustroje. Wchodził w polemikę z Johnem Needhamem.
Badając na prośbę Charlesa Bonneta udział samca w procesie zapłodnienia, przeprowadził doświadczenia dowodzące, że do stworzenia nowego osobnika potrzeba gamet pochodzenia męskiego i żeńskiego i potwierdził tym samym konieczność udziału spermy w zapłodnieniu. W tym celu Spallanzani stworzył dla samców badanych żab rodzaj majtek, które uniemożliwiały przekazanie samicy spermy z nasieniem. Spallanzani również jako pierwszy udowodnił rolę plemników, wykazując na płazach, że skuteczność zapłodnienia spada w miarę ich stopniowego odfiltrowywania ze spermy. Ponadto badając płodność jako pierwszy dokonał skutecznego sztucznego zapłodnienia u ryb, płazów i ssaków (w tym psa). On również zauważył w 1776 r., że schłodzenie spermy zmniejsza ruchliwość plemników.