I 1876 gikk Mayer over til en tjeneste som lærer i agrikulturkjemi og agrikulturteknologi ved landbrukshøyskolen i Wageningen i Nederland. I 1877 ble han forstander for den nylig grunnlagte statlige forsøksstasjonen, der han 1882–1886 bedrev pionerarbeide om tobakksmosaikkvirus. Det var nederlandske bønder som bad ham studere en spesiell sykdom som angrep tobakksplantene deres. Mayer publiserte i 1886 en studie om sykdommen, , der han beskrev den i detalj. Han demonstrerte at sykdommen kunne overføres ved hjelp av sevje fra en smittet tobakksplante som for å smitte friske planter. Det ble den gang tenkt at sykdommen ble spredt av veldig små bakterier eller toksiner, skjønt noen år senere ble det påvist at tobakksmosaikkviruset (TMV) var årsaken.