Realizó experimentos innovadores con moscas de frutas (Drosophila melanogaster) a principios del siglo XX. Su trabajo demostró lo siguiente:
* Los genes están vinculados: Observó que ciertos rasgos fueron heredados juntos, lo que sugiere que los genes responsables de estos rasgos estaban ubicados en el mismo cromosoma.
* Los cromosomas intercambian material genético: Descubrió el proceso de cruzar, donde los cromosomas homólogos intercambian material genético durante la meiosis. Esto explicaba cómo los genes vinculados a veces se pueden separar.
* Los genes se encuentran en cromosomas específicos: Los experimentos de Morgan con moscas de la fruta mostraron que los rasgos específicos podrían mapearse a cromosomas específicos, lo que confirma la ubicación de los genes en los cromosomas.
Su trabajo revolucionó nuestra comprensión de la herencia y sentó las bases para la genética moderna.