20世紀初，孟德爾的遺傳定律被重新發(fā)現(xiàn)以后，遺傳與細胞染色體的研究結(jié)合起來，獲得了強大的生命力。同時，由于美國生物學家摩爾根對果蠅的研究，在遺傳因子和染色體的關(guān)系方面取得突破性的進展。他把孟德爾的遺傳因子理論和染色體研究結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)染色體就是遺傳因子載體。摩爾根用實驗和數(shù)學的方法，給遺傳學奠定了扎實可靠的基礎(chǔ)。
摩爾根為了探索生物界遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)，揭示遺傳的奧秘，和他的實驗對象——果蠅打了一輩子交道。直至生命的最后時刻，他和他的夫人還一直擺弄著果蠅。他的研究使生物學由過去強調(diào)形態(tài)描述而轉(zhuǎn)向現(xiàn)代的實驗的、定量的研究。1933年，摩爾根以創(chuàng)立基因?qū)W說而獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎金。
1866年，正是孟德爾把自己的研究成果寫成論文發(fā)表之際，摩爾根卻剛好在9月25日出生在美國的肯塔基州的一名外交官員家庭。他的父親擔任過駐外領(lǐng)事。
摩爾根自幼對博物學很感興趣。他少年時便喜歡游歷山區(qū)和鄉(xiāng)村，他利用夏天訪問母親家鄉(xiāng)的機會，采集了不少化石。他還跟隨美國地質(zhì)考察隊在家鄉(xiāng)的山區(qū)工作過兩個夏天。他曾經(jīng)到波士頓自然歷史學會的海洋生物站過了個夏天，進行海洋生物的實驗研究。他在青少年時代就表現(xiàn)了鮮明的個性，喜歡大自然，對動植物有強烈的興趣和無限的好奇心。正是這種興趣和好奇心驅(qū)使他在艱巨的科學研究工作中獲得無窮樂趣。
1886年，摩爾根在一個朋友的勸告下，考入霍普金斯大學的研究院做研究生。在導師布魯克斯指導下，摩爾根主要從事形態(tài)學的研究。布魯克斯是個心胸開闊、有哲學頭腦的導師。他給學生們闡明生物學內(nèi)部各分支學科之間的相互關(guān)系，并且指出遺傳學上還存在著大量問題有待研究。不過，布魯克斯想把摩爾根培養(yǎng)成形態(tài)學家。當時，形態(tài)學主要靠比較生物在解剖學、胚胎學和細胞學等方面的特點，來尋找生物的進化順序。
1890年，摩爾根獲霍普金斯大學博士學位。從1894年到1895年，他曾在意大利的那不勒斯動物園工作了10個多月。后在費城布林馬爾學院、哥倫比亞大學、加利福尼亞理工學院、科洛納德爾馬爾海洋生物研究所、伍茲霍爾海洋生物研究室工作。他研究胚胎發(fā)育，跟19、20世紀之交的許多學者一樣，對自然選擇說產(chǎn)生懷疑，因無法付諸實驗，他還認為孟德爾主義和染色體理論近乎預(yù)成論，對之大加抨擊。
20世紀初，摩爾根開始研究遺傳學。1908年，他選擇果蠅進行實驗。果蠅比豌豆和其他動植物有許多優(yōu)點，它有幾十個容易觀察的特征，有著較簡單的染色體——每個細胞中只有4對染色體，繁殖快，容易培養(yǎng)。摩爾根用放射性射線照射果蠅，希望出現(xiàn)突變。果然，果蠅經(jīng)過照射以后，一群紅眼果蠅中出現(xiàn)了一只白眼雄果蠅。用這只白眼雄果蠅和其他紅眼果蠅交配，繼續(xù)繁殖，他發(fā)現(xiàn)后代中所出現(xiàn)的白眼果蠅全是雄的。因此他認識到，決定白眼的遺傳因子和決定性別的因素是相互聯(lián)系遺傳的。以前，在對染色體的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，決定性別的因素是雄性精子中的染色體。這樣，自然就得出遺傳因子是在染色體的推論，并采用丹麥植物學家所創(chuàng)的“基因”一詞。從此相信孟德爾染色體學說。他與學生A·斯特蒂文特、C·布里奇、H·馬勒等人合作研究，建立了內(nèi)容廣泛的遺傳理論，證明基因呈直線排列，每個基因在其中有特定位置，并可描繪成圖，后又證明這個圖可與染色體相對應(yīng)。
1915年摩爾根與人合作，發(fā)表了《孟德爾遺傳機理》一書，總結(jié)了對果蠅的研究結(jié)果，用大量確鑿的實驗資料證明染色體是遺傳因子的載體，并且借助數(shù)學方法，精確確定遺傳因子在染色體上的具體排列位置，給染色體—遺傳因子理論奠定了可靠的基礎(chǔ)。從此，遺傳學中定性描述逐漸附屬于定量實驗的方法。
1916年摩爾根發(fā)表了《進化論評論》(1925年改名《進化論和遺傳學》)。他認為孟德爾的遺傳理論是解釋達爾文自然選擇的根據(jù)，孟德爾的遺傳變異比達爾文所提的緩變要明顯不連續(xù)，孟德爾的變異用確定形式被遺傳并且服從選擇的效果。摩爾根認為他自己發(fā)展和充實了孟德爾理論，用這個理論補充了達爾文進化論中留下的空白。
1917年摩爾根開始把遺傳因子叫基因。1928年，他在名著《基因論》一書里堅特染色體是基因的載體，提出了基因是否屬于有機分子一級的問題。摩爾根的學說在許多國家都有廣泛的影響。
染色體一基因理論給通過雜交等方法培育動植物良種指明了方向，提供了理論根據(jù)。它給醫(yī)學上預(yù)防和治療遺傳性疾病開辟了道路，也給分子生物學的產(chǎn)生和發(fā)展準備了條件?；?qū)W說的創(chuàng)立，標志著遺傳學進入了一個嶄新的階段。