摩尔根从1908年开始进行果蝇实验，从中发现了伴性遗传规律，发展了染色体遗传理论，证实了染色体与遗传基因的关系，创立了遗传学的基因学说。1926年摩尔根出版了《基因论》全面详细地介绍了他的基因学说。进行遗传学研究时，实验材料的选择非常重要。摩尔根所选择的果蝇非常易于在实验室中培养，而且繁殖很快，从卵到成虫只需要10-14天，这样可以大大缩短观察每代遗传现象的时间，此外，果蝇的染色体非常简单，只有4对，这也有助于分析遗传现象和染色体的关系。摩尔根通过一只变异的白眼果蝇同普通红眼果蝇的杂交实验，发现决定白眼的基因与决定性别的基因是联系在一起的。由于当时已知性别是由染色体决定的，因此白眼基因也一定在染色体上。这一实验得到了基因位于染色体上的第1个证据，在遗传学史上具有重要的意义。摩尔根建立的基因遗传的理论体系将孟德尔的性状遗传学说推进到细胞遗传学的新阶段。摩尔根获得1933年的诺贝尔生理学和医学奖。