Одним из наиболее спорных экспериментов Иванова является попытка создать гибрид человека и обезьяны. Ещё в 1910 году, во время его выступления перед Всемирным конгрессом зоологов в Граце, он описал возможность получения подобного гибрида используя искусственное осеменение.

В 1924 году, во время его работы в институте Пастера в Париже, Иванов получил разрешения от директоров института для использования экспериментальной станции приматов в Киндии, Французская Гвинея, для подобного исследования. Иванов попытался получить поддержку для эксперимента от Советского правительства. Он написал несколько писем наркому народного просвещения А. В. Луначарскому и другим официальным лицам. В конце концов его предложением заинтересовался Н. П. Горбунов, управляющий делами СНК СССР. В сентябре 1925 года Горбунов помог выделить $10000 Академии наук для африканских экспериментов Иванова.

В марте 1926 года Иванов прибыл на станцию в Киндии, но провел там всего лишь один месяц: как оказалось, станция не имела шимпанзе, достигших половой зрелости. Он вернулся во Францию, и через переписку получил разрешение от колониального губернатора Гвинеи на проведение экспериментов в ботанических садах Конакри.

Иванов прибыл в Конакри в ноябре 1926 года сопровождаемый своим сыном, также Ильей, который собирался ассистировать в его экспериментах. Иванов контролировал отлов взрослых шимпанзе внутри колонии, после чего они были перевезены в Конакри и содержались в клетках ботанических садов. 28 февраля 1927 года Иванов произвел искусственное осеменение двух шимпанзе женского пола полученной от добровольцев человеческой спермой. 25 июня он провел осеменение третьей обезьяны. Ивановы покинули Африку в июле, они взяли с собой тринадцать шимпанзе, включая трех использованных в его экспериментах. Они уже знали, что первые две обезьяны не забеременели. Третья шимпанзе умерла во Франции, и также была определена как не беременная. Остальные шимпанзе были отправлены в новую станцию приматов в Сухуми.

Иванов пытался организовать осеменение человеческих женщин спермой шимпанзе ещё в Гвинее, однако французское колониальное правительство не одобрило этот эксперимент, также не осталось никаких документов, подтверждающих этот факт. Иванов писал:

Необходимо не только увеличить число опытов искусственного осеменения самок шимпанзе спермой человека, но и поставить опыты реципрокного скрещивания. Последние организовать в Африке гораздо труднее и сложнее, чем в Европе или у нас. Женщин, желающих подвергнуться опыту, несравненно легче найти в Европе, чем в Африке. Для этого рода опытов достаточно иметь 2—3 взрослых самцов антропоморфных обезьян.

После возвращения в Советский Союз в 1927 году Иванов предпринял ещё одну попытку провести осеменение женщин спермой обезьяны в Сухуми. В 1929 году с помощью Горбунова он получил поддержку от общества биологов-материалистов, группы из коммунистической академии. Весной 1929 года общество организовало комиссию по планированию экспериментов Иванова в Сухуми. Комиссия решила, что потребуется по крайней мере пять женщин-добровольцев для этого исследования. В июле 1929 года, ещё до начала эксперимента, Иванов узнал, что единственная обезьяна мужского рода в Сухуми, орангутан, достигший половой зрелости, умер. Новая партия шимпанзе достигла Сухуми только летом 1930 года.

В ходе политической чистки в советском научном обществе Горбунов и другие ученые, принимавшие участие в планировке Сухумского эксперимента, потеряли свои позиции. Весной 1930 года Иванов подвергся политической критике в его институте, и 13 декабря 1930 года он был арестован. Он получил пять лет ссылки в Алма-Ату, где он работал, сохранив звание и должность профессора в Казахском ветеринарно-зоотехническом институте до своей смерти от инсульта 20 марта 1932 года.