美国植物生理学家弗里茨·温特在1926年做了一个实验，他使植物的胚芽鞘一面向着光，另一面向着黑暗处。结果胚芽鞘的生长渐渐向有光的方向弯曲。后来，从胚芽鞘中分离出植物生长素。当胚芽鞘受到光照时，生长素就聚集到黑暗的一侧，高浓度的生长素使黑暗一侧细胞分裂加快，而低浓度的生长素使向光的一侧细胞分裂较慢，导致植物生长弯曲。生物学告诉我们，植物生长的顶端优势也与生长素分的分布有关。植物的茎或叶片弯曲是由于生长素在组织内分布不均匀造成的。植物的根总是朝着地心引力方向生长，地心引力会影响生长素在根细胞里的分布。
从物理学角度认为，地球的引力一定会影响植物体内的液体流动和分布，对植物的生长方向产生一定的影响。
生长素的分布可以解释植物的向光性，但在北半球的森林中，太阳都是斜射到树木上，从来没有直射阳光照射它们，为什么主干也是笔直朝上生长的？
科学家们发现，无机钙对植物的生长方向有举足轻重的作用。无机钙在感受重力尤其是地磁场中有重要作用。科学家们把试管中的淀粉颗粒及淀粉沉淀物放入强磁场中，发现淀粉颗粒都远离磁场排列。而植物的芽和根冠均含有丰富的淀粉体，且无机钙含量较高。
淀粉颗粒在不同环境中的运动情况会影响植物的生长方向。美国宇航局用航天飞机把植物种子送上天，揭开了植物生长方向的一个原因。给太空中的植物生长提供人造磁场环境，相当于人造重力环境，细胞中的淀粉颗粒可以被磁化，在人造磁场的影响下，植物生长效果同地球差不多。这表明，钙离子分布在植物生长方向性中有重要的作用。玉米根冠中的钙调节素浓度是伸长区的4倍，如果人工施用钙调节素抑制剂，根部就丧失了重力反应。
有的植物生长方向是缠绕的，如藤蔓植物。它的生长方向与什么因素有关呢？
最新研究显示，植物缠绕的生长方向与地磁场、地球引力、光照和遗传等因素都有关。我们知道，生长在南半球缠绕植物的茎是向右旋，生长在北半球缠绕植物的茎是向左旋，赤道附近的缠绕植物，其缠绕方向没有固定的，可随意旋转缠绕。这是因为赤道、南北半球的磁场方向、地球引力、光照方向均有差别。
在亿万年以前，攀援植物有生长在南半球和北半球的两种始祖。为了获得更多的生长发育所需要的阳光和空间，它们茎的顶端就朝向东升西落的太阳方向生长，经过漫长的适应和进化，就形成了各自固定的缠绕方向，且特性被遗传下来，即使被移植到不同的地理位置，这种特性不变。在赤道附近，由于太阳直射，植物不需要随太阳转动来获取更多的阳光。当然，地球的引力和地磁场，在二极和赤道附近都有一定的差别，尤其是磁场，二极强，赤道弱，对植物的钙离子或淀粉分布有一定的影响。
植物的左旋和右旋不能搞反了。若把左旋植物以右旋方式缠绕在支架上，就会自行脱落，若缠绕的方向与其习性相同，会缠得更紧。这说明，缠绕是该植物遗传不变的特性。
在达尔文时代，人们就已经发现，植物对不同颜色的光产生不同的反应。科学家用蓝光或紫光长时间照射绿色植物，发现植物生长受到显著的抑制甚至死亡。
后来，科学家们在植物中发现了感光蛋白（CRY蛋白），对植物的生长方向又有了新的认识。他们根据鸟类CRY蛋白能够感知地磁场方向，人类体内存在编码CRY蛋白的基因推知植物体内CRY蛋白的功能。现代分子生物学的发展，已经证明CRY蛋白是一种维生素B2的衍生物。在动物中，CRY蛋白主要集中于神经组织，尤其是视网膜中的感光细胞中。在白天，鸟类依靠CRY蛋白的作用具有很强的定向性。
CRY蛋白能够抑制植物的生长，如果CRY蛋白发生缺失，生长抑制现象就会消失。大多数高山植物 “个子矮小”的主要原因就是含有较多的CRY蛋白。仔细观察吊兰的生长情况，发现室内生长快，叶子肥大，而在室外的吊兰就是”个头矮小”。另外，CRY蛋白也会影响植物的生长方向（向光的一侧生长缓慢）。
地磁场、重力、生长素分布、CRY蛋白都会影响植物的生长方向。其中，地磁场影响植物体内正负离子的分布，CRY蛋白影响植物对色光的吸收，重力和光照共同影响植物生长素的分布。
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