W 1835 roku przeniósł się do Berlina, gdzie jego wuj Johann Horkel (1769–1846) był profesorem fizjologii porównawczej. Pod kierunkiem wuja rozpoczął studia nad zapłodnieniem i budową zarodków roślinnych. Duży wpływ na Schleidena miało spotkanie z brytyjskim botanikiem Robertem Brownem (1773–1858), który w 1831 roku odkrył jądro komórkowe. Brown zwrócił uwagę Schleidena na znaczenie badań mikroskopowych. Schleiden był przekonany, że komórka jest podstawą rozwoju roślin i musi być punktem wyjścia dla wszelkich badań, definiując w 1838 roku komórkę jako podstawową jednostkę struktury roślinnej. W 1839 roku razem z Theodorem Schwannem (1810–1882), z którym pracował w laboratorium Johannesa Müllera (1801–1858), stworzył teorię komórkowej budowy organizmów – komórka jest podstawową jednostką życia i wszystkie rośliny i zwierzęta składają się z komórek.
Po odmowie przyjęcia na uniwersytety w Halle, Petersburgu i Kolkacie i wobec problemów w życiu osobistym, w 1838 roku Schleiden ponowił próbę samobójstwa. Po interwencji rodziny i przyjaciół na dworze w Weimarze Schleiden rozpoczął karierę uniwersytecką.