1910年初,摩尔根同他的助手一起,在哥伦比亚大学建立了一所实验室,专门从事对果蝇的研究。在这之前,奥地利的遗传学家孟德尔曾根据豌豆杂交试验的结果,于1865年发表了《植物杂交试验》的论文,提出了遗传单位(即基因)的概念,并且阐明了他的遗传规律。但是,他所说的基因同染色体之间的关系,纯粹是推理性的,没有人能看到基因。现在,摩尔根和他的同事们,却找到了检验这种推论的方法。
1911年,摩尔根的一名助手首次绘制出了果蝇性别环连基因遗传图。在摩尔根的主持下,后来其他基因的位置也被确定下来,证明基因是成直线排列的。这样,摩尔根就成功地创立了基因学说。
在哥伦比亚大学的果蝇实验室里,摩尔根是受到他助手信赖和尊敬的长者。他非常民主地领导这个实验室,让每个人的聪明才智充分发挥出来。每当有人提出一种新的见解,摩尔根就让大家自由讨论,以至于很难确定哪个观点是谁最先提出来的。他既是大家的老师,又是大家的朋友。在研究资金缺乏的时候,摩尔根就毫不犹豫地自己掏腰包,支付助手们的工资。
1924年,摩尔根离开哥伦比亚大学,去加利福尼亚工学院建立生物学专业。在他的主持下,四年后创立了一所生物科学实验院,这是当时世界上惟一的研究遗传学并有着高度成就的科学中心。
1927~1931年,摩尔根光荣的被任命为美国科学院院长。1932年,第六届国际遗传学大会在纽约召开,摩尔根主持了这次大会。事实上,后来这次会议成了摩尔根学术成就的研讨会。第二年,他实至名归地获得了诺贝尔生理学及医学奖金。但是一向谦虚的摩尔根却把这笔奖金与自己的助手们分享,让他们供孩子上学。因为他一直认为他所有成就的取得,都离不开助手们的支持和帮助。
除了基因学说,摩尔根还把他的一种实验方法留给了我们,那就是定量分析方法。他是最先把这种方法应用于解决生物学问题的人,正是他才使遗传学有了飞速的发展,从而奠定了遗传工程学这门现代新兴学科的基础。