孟德尔遗传学说重新发现之际，显微镜技术的发展，把人们的视野延伸到了细胞核内的微观天地。一些生物学家窥见细胞分裂时核内染色体准确无误地进行复制的情景，深受吸引，由此联想到生物繁衍过程中物种保持上下代基本的相似性，奥秘很可能就在染色体上。
摩尔根把孟德尔的遗传因子理论和染色体研究结合起来，发现染色体就是遗传因子载体，因此获得1933年诺贝尔奖。摩尔根用实验和数学的方法，给遗传学奠定了扎实可靠的基础。
摩尔根在青少年时代就表现了鲜明的个性，喜爱大自然，对动植物有强烈的兴趣和无限的好奇心。正是这种兴趣和好奇心驱使他探索自然界的奥秘，并且使他在艰苦的科学研究工作中获得无穷乐趣，永葆旺盛的斗志。十九世纪与二十世纪之交，正是生物学从二门以形态描述和推理方法为主的学科，转变为一门以精密的实验方法为主的学科的时期。这是生物学取得伟大进步的时期。摩尔根用实验方法代替过去的研究方法来研究遗传学，选择了果蝇做实验动物。果蝇比豌豆和其他动植物有许多优点，它有几十个容易观察的特征，有比较简单的染色体——每个细胞中只有四对染色体，繁殖快，容易培养。摩尔根用放射性射线照射果蝇，希望发生突变。果然，果蝇经过照射以后，一群红眼果蝇中出现了一只白眼雄果蝇。用这只白眼雄果蝇和其他红眼果蝇交配，继续繁殖，他发现后代中所出现的白眼果蝇全是雄的。因此他认识到，决定白眼的遗传因子和决定性别的因素是相互联系遗传的。以前，在对染色体的研究中已经发现，决定性别的因素是雄性精子中的染色体。这样，自然就得出遗传因子是在染色体上的推理。摩尔根发表了《孟德尔遗传机理》一书。总结了对果蝇的研究结果，用大量确凿的实验资料证明染色体是遗传因子的载体，并且借助数学方法，精确确定遗传因子在染色体上的具体排列位置，给染色体二一遗传因子理论奠定了可靠的基础。从此，遗传学中定性描述逐渐附属于定量实验的方法。以后，摩尔根把遗传因子叫做基因，坚持染色体是基因的载体。摩尔根学说在许多国家都有广泛影响。
染色体——基因理论给通过杂交等方法培育植物良种指明了方向，提供了理论根据。它给医学上预防和治疗遗传疾病开辟了道路，也给分子生物学的产生和发展准备了条件。