Наиболее полно концепция Фаминцына об эволюционном значении симбиоза была изложена в статье «О роли симбиоза в эволюции организмов» (1907а).
В ней утверждалось, что усложнение организации и функций организмов в процессе эволюции может осуществляться не только путем дифференциации исходной, более простой формы, но и на основе «симбиотического соединения самостоятельных организмов в жизненную единицу высшего порядка» (Фаминцын, 1907б, с. 143). Это суждение базировалось на многолетних экспериментальных работах по доказательству роли симбиоза в эволюционном процессе.
Они проводились в нескольких направлениях и включали исследования по образованию зооспор у лишайников (статьи 1867—1918 гг.), изучение симбиоза одноклеточных зеленых и желтых водорослей с некоторыми видами беспозвоночных животных (Фаминцын, 1889, 1891), наблюдения за поведением пластид в семенах и проростках подсолнечника (1893), выделение хлоропластов из растительной клетки и попытки культивирования их на искусственных средах (1907а, 1912а, 1912б). Все экспериментальные работы по анализу явления симбиоза, несмотря на разнообразие объектов, методик и способов постановки опытов, были проведены для того, чтобы осуществить «непосредственные наблюдения», или, как мы бы сейчас сказали, экспериментально моделировать процесс образования сложного организма из более простых и разных по происхождению форм.
Важнейшее значение для фактического обоснования эволюционной роли симбиоза имели результаты экспериментальных исследований природы зеленых клеток (гонидий) лишайников, выполненные им совместно с О. В. Баранецким в 1867 г. Авторами было установлено, что гонидии наиболее распространенных лишайников Physcia, Evernia, Cladonia способны к длительной культуре вне слоевища лишайника и что они, подобно водорослям и грибам, могут образовывать зооспоры.
Способность выделенных гонидий не только к длительному существованию, но и к размножению с помощью зооспор свидетельствовала о том, что зеленые клетки лишайников тождественны одноклеточным свободноживущим водорослям и что лишайник, следовательно, есть комплексный организм, где тесное объединение (симбиоз) гриба и водорослей привело, по сути дела, к возникновению нового организма. Обобщая результаты исследований по лишайникам, Фаминцын приходит к заключению, что эта группа растений есть «первый доступный строжайшей проверке факт построения сложного организма из более простых... первое фактическое свидетельство возможности непосредственного наблюдения синтеза органических форм» (1907а, с. 3).