Axolotl verfügen über die Fähigkeit, Gliedmaßen, Organe und sogar Teile des Gehirns und Herzens wiederherzustellen. Die Regenerate sind in der Regel keine Verkrüppelungen, sondern vollständig und funktionstüchtig. Ob das wiederhergestellte neuronale Netzwerk des Gehirns dann auch tatsächlich wie zuvor funktioniert, weiß man aber noch nicht. Nach einer Verwundung bildet sich ein Wundepithel, das auch darunterliegendes Gewebe zur Heilung veranlasst. Nach wenigen Tagen bildet sich bei verlorenen Körperteilen eine Art Regenerationsknospe, aus welcher das Körperteil nachwächst.
Die Regenerationsfähigkeit macht die Art zu einem lohnenden Forschungsobjekt. Untersucht werden die Mechanismen, die eine solche Regeneration ermöglichen, z. B. das Enzym LOXe. Bisher nahm man an, dass sich nach einer Verletzung zunächst die umliegenden Zellen in besonders variable, pluripotente Stammzellen zurückentwickeln und im nächsten Schritt aus diesen alle neuen Zellen entstehen. Neuere Forschungen haben ergeben, dass sich Gliedmaßen oder Organe aus Zellen regenerieren, die sich nur jeweils zu bestimmten Gewebetypen weiterentwickeln können. (Zu diesem Forschungsansatz siehe auch: Strudelwürmer). Die Regeneration erfolgt in einer zeitlich festgelegten Reihenfolge. Zur Untersuchung der genetischen Ursachen der Regenerationsfähigkeit wurde das Genom des Axolotls sequenziert. Dabei wurde festgestellt, dass dem Axolotl im Gegensatz zu anderen Salamandern das Gen Pax3 fehlt. Dessen Funktion wird von Pax7 übernommen. Mit 32 Milliarden Basenpaaren ist das Genom des Axolotl zehnmal so groß wie das menschliche Genom und damit nach dem Genom des Australischen Lungenfischs das größte, das jemals entschlüsselt wurde.
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