Эволюционный смысл имеет тезис №271 в «Основаниях ботаники» (1736), согласно которому «все нормальные цветки и растения происходят от нормальных форм». Эта идея неуклонно развивалась Линнеем в течение всей жизни. В 13-м издании «Системы природы» К. Линней отмечал, что «бесконечное существо создало в продвижении от простого к сложному, от малого к многому столько растений, сколько есть ныне отрядов. Затем в результате гибридизации возникли современные роды. Затем Природой были созданы виды». Совершенно ошибочно представление о Линнее как противнике естественной системы. В 1738 г. в «Классах растений» он сделал попытку создания естественной системы, т. е. одновременно разрабатывал и искусственную, и естественную системы.
В 1736 г. Линней посетил Англию, где встречался с натуралистом Г. Слоаном (1660—1753), преемником И. Ньютона на посту президента Лондонского Королевского общества, затем вновь вернулся в Голландию, где монографически описал гербарий и живые растения в фолианте «Клиффортовский ботанический сад» (1737) — одном из первых сочинений по интродукции и акклиматизации растений.
В 1737 г. К. Линней предложил (за 5 лет до упсальского астронома А. Цельзия) 100-градусную шкалу термометра, причем у него, в отличие от Цельзия (Цельсия), нуль соответствовал точке замерзания воды, а 100° — точке кипения (тогда как в термометре Цельсия эти точки были ревертированы). По проекту Линнея с 1742 г. начато производство в Швеции термометров со 100-градусной шкалой, за которой позднее закрепилось название шкалы Цельсия.
Вернувшись в 1738 г. в Швецию, Линней работал практикующим врачом, пользовался успехом, в 1741 г. он занял кафедру медицины в Упсале, которую сменил в 1742 г. на кафедру ботаники там же, где и проработал до 1763 г. Как медик К. Линней в 1739 г. возглавил в Стокгольме морской госпиталь, впервые в стране добился права вскрывать трупы для определения причин смерти, наладил патологоанатомическую работу. Систематизируя все и вся, Линней предложил и классификацию типов болезней. Как практикующий врач он исследовал методы борьбы с гонореей и ее лечения. Упомянем и о том, что Линней — автор книги о вреде алкоголизма (есть русский перевод XVIII века). Изучал он и действие лекарственных препаратов. Линней — автор монографии по гигиене половой жизни. Прекратив с 1742 г. чтение лекций по медицине, он продолжал публиковать труды по медицине и фармакологии: «Лекарственные растения» в трех томах (1749—1763), «Роды болезней» (1763), «Ключ к медицине» (1766).
В Упсале Линней продолжал преподавать и писать труды, среди которых «Флора Швеции» (1745) и «Фауна Швеции» (1746), ставшие образцами для флористических и фаунистических сводок. В 1746 г. он начинает работать над «Видами растений». В это же время публикует сводку по фармакологии «Вещества медицинские» (1749).
В 1753 г. выходит первое издание «Видов растений», а в следующем 1754 г. — пятое издание «Родов растений». Эти две даты являются точками отсчета для современной ботанической номенклатуры. I том десятого издания «Системы природы» (1758) принят за отправную точку зоологической номенклатуры. Наряду с трудами на латыни Динней напечатал путевые заметки и некоторые из медицинских и этнографических книг на родном языке и по праву считается одним из реформаторов шведского языка. Большое внимание уделял Линней и практическим нуждам, интродукции лекарственных и других растений: по его предложению в 1763 г. чай был впервые интродуцирован в Европу. В 1763 г. Линней оставил кафедру, передав ее сыну, Карлу Линнею младшему (1743—1783). Основная работа в последние годы жизни — дальнейшее пополнение и совершенствование «Системы природы».
К. Линней имел большую школу: в Упсале под его руководством было защищено около 200 диссертаций, в том числе выпускниками Московского университета М. И. Афониным (1739—1810) и А. И. Карамышевым (1744—1791). С 1736 г. К. Линней состоял в тесной переписке со многими учеными России — с петербургскими академиками Ф. И. Миллером (1705—1783), И. Амманом (1707—1741), И. Г. Гмелином (1709—1755), С. Г. Гмелином (1744—1774), Э. Лаксманом (1737—1796), И. Фальком (1733—1774), путешественником С. П. Крашенинниковым (1713—1755) и др. По предложению адъюнкта Академии И. Кельрейтера Императорская Санкт-Петербургская Академия наук в 1760 г. присудила К. Линнею конкурсную премию «в 100 червонцев» за лучшее сочинение о поле у растений.
Коллекция и научные архивы К. Линнея были после его смерти проданы в Англию, где они хранятся в специально созданном Линнеевском обществе — одном из наиболее авторитетных научных обществ мира, том самом обществе, где в 1858 г. были доложены работы Ч. Дарвина и А. Уоллеса. Научное наследие Линнея включает свыше 180 работ (в большинстве — отдельные издания).