Etter habiliteringen var Mayer privatdosent ved universitetet i Heidelberg. I 1875 ble han utnevnt til professor der. I 1869 publiserte Mayer sitt verk , der han tilbakebeviste Justus von Liebigs teori om rovdrift, noe som gjorde ham ille sett blant sine kolleger. Dessuten skrev Mayer i denne perioden sitt hovedverk , som ble et standardverk på sitt område.