Морган проводив свої досліди на дрозофілах часу.
Лікар Морган знову повернувся до Вудс-Хоулу. На цій біологічній станції надалі вчений проводив щоліта. У тому ж році Морган обійняв посаду керівника відділу у Брайн-Маур-Коледжі.
Томас рано відчув інтерес до експериментальної ембріології. Два роки молодий вчений провів на Неаполітанській біологічній станції: перший раз 1890 року, а згодом — 1895-го. Тут він познайомився і зійшовся з багатьма з тих, хто сприяв розвитку експериментальної ембріології — з Дрішем, Бовері, Дорном та Гербстом. Хоча Морган був і сам експериментальним ембріологом, але це спілкування направило його інтереси у цей бік по-справжньому. Вони утворили групу дослідників, дуже активних як там, і у США.
У 1897 році Моргана обрали одним із піклувальників станції Вудс-Хоул. Тоді ж на станції з'явився біолог Вільсон із університету Чикаго. Саме за його порадою в 1904 Морган зайняв професорську кафедру в Колумбійському університеті. Протягом двадцяти чотирьох років вони працювали у дуже тісному спілкуванні. Того ж року він одружився з Ліліан Воган Семпсон, цитологом, своєю колишньою студенткою в Брін-Майрі. У подружжя народилося четверо дітей.
Подібно до більшості біологів і зоологів того часу, Морган був утворений в галузі порівняльної анатомії і особливо в описовій ембріології. Займався молодий вчений та фізіологічними дослідженнями. Але справжню славу принесла йому генетика.
Наприкінці дев'ятнадцятого століття Морган побував у саду Гуго де Фріза в Амстердамі, де побачив дефризовські лінії енотери. Саме тоді в нього виявився перший інтерес до мутацій. Відіграв свою роль у переорієнтації Моргана та директор біостанції у Вудс-Хоулі Вітмен, який був генетиком-експериментатором. Він багато років присвятив вивченнюгібридів між різними видами горлиць та голубів, але ніяк не хотів застосовувати Менделівський підхід. Це зрозуміло, оскільки у голубів у цьому випадку виходила м'яко кажучи, мішанина. Дивні ознаки, що не дають гарне співвідношення 3:1, бентежили і Моргана. До певного часу і він не бачив виходу.
Таким чином, до 1910 року Морган швидше міг вважатися антименделістом. Того року вчений зайнявся вивченням мутацій — змін у спадку тих чи інших ознак організму.
Морган проводив свої досліди на дрозофілах, дрібних плодових мушках. З його легкої руки вони стали улюбленим об'єктом генетичних досліджень у сотнях лабораторій. Їх легко роздобути, вони живуть повсюдно. Харчуються соком рослин, всякою плодовою гнилицею. Їхні личинки харчуються бактеріями. Енергія розмноження дрозофіл величезна: від яйця до дорослої особини десять днів. Для генетиків важливо і те, що дрозофіли схильні до частих спадкових змін. У них мало хромосом — лише чотири пари. У клітинах слинних залоз личинок мушиних містяться гігантські хромосоми, які особливо зручні для досліджень.
За допомогою дрозофіли генетика на цей час зробила безліч відкриттів. Популярність дрозофіли настільки велика, що англійською мовою видається щорічник, повністю їй присвячений і містить багату та різноманітну інформацію.
Приступивши до своїх дослідів, Морган спочатку видобував дрозофіл у бакалійних і фруктових крамницях, благо крамарі, яким мушки докучали, охоче дозволяли дивакові ловити їх. Потім він разом із співробітниками почав розводити мушок у своїй лабораторії, у великій кімнаті, охрещеній «мушиною». Це була кімната розміром тридцять п'ять квадратних метрів, в якій містилося вісім робочих місць. Там було місце, де варили корм для мух. У кімнаті зазвичай сиділо пощонайменше п'ять працюючих.
«Боюсь, що я не зможу дати уявлення про атмосферу, що панувала в лабораторії, — згадував один із соратників ученого Альфред Стертевант. — Я думаю, що це було щось таке, що треба пережити, щоб повністю оцінити. Однією з найбільших переваг цього місця була присутність обох - і Моргана, і Вільсона. Так, студенти, що спеціалізуються в одного з них, дуже часто бачили іншого. Вони доповнювали один одного в низці відносин і були великими друзями. У перші роки роботи в Колумбійському університеті ми годували дрозофілу бананами, і в кутку кімнати завжди висіла велика зв'язка бананів. Кімната Вільсона була за кілька дверей від нашої, по коридору. Він дуже любив банани, так знайшлася ще одна спонукальна причина часто відвідувати "мушину кімнату".
Протягом усього цього часу Морган регулярно приїжджав до Вудс-Хоулу. Це, однак, не означало перерви у дослідах із дрозофілами. Усі культури упаковувалися в барильця — великі барильця з-під цукру, і вирушали пароплавом-експресом. Те, що ви розпочинали в Нью-Йорку, ви закінчували в Хоулі, і навпаки. Ми завжди приїжджали водою: це був час, коли пароплавна лінія Фолл-Рівер-Лайн була в дії, а Морган завжди займався всілякими дослідами, які не мали нічого спільного з роботою на дрозофілі. Він розводив курчат, щурів та мишей, вирощував різні рослини. І все це переносилося вручну, і вантажилося на корабель Фолл-Рівер-Лайн, а потім привозилося назад до Нью-Йорка.
А коли Морган потрапляв сюди, він із головою поринав у роботу з морськими формами, в ембріологію того чи іншого сорту, навіть незважаючи на те, що робота з дрозофілою тим часом активно рухалася вперед. Такий був морганівський стиль роботи — він не почував себе щасливим, якщо не кував із гарячогоодночасно кілька речей».
Успіху вченого багато в чому сприяло те, що він насамперед чітко сформулював вихідну гіпотезу. Тепер, коли вже було відомо, що спадкові задатки перебувають у хромосомах, можна було б відповісти на запитання, чи завжди виконуватимуться чисельні закономірності, встановлені Менделем? Мендель цілком справедливо вважав, що такі закономірності будуть вірні тоді і тільки тоді, коли фактори, що вивчаються, будуть комбінуватися при утворенні зигот незалежно один від одного. Тепер, на підставі хромосомної теорії спадковості, слід визнати, що це можливо лише в тому випадку, коли гени розташовані в різних хромосомах. Але оскільки кількість останніх у порівнянні з кількістю генів невелика, слід було очікувати, що гени, розташовані в одній хромосомі, будуть переходити з гамет в зиготи спільно. Отже, відповідні ознаки успадковуватимуться групами.
Перевірку цього припущення здійснили Морган та його співробітники К. Бріджес та А. Стертевант. Незабаром у дрозофіли виявили велику кількість різноманітних мутацій, тобто. форм, що характеризуються різними спадковими ознаками У нормальних, або, як кажуть генетики, дрозофіл дикого типу, колір тіла сірувато-жовтий, крила сірі, очі темного цегляно-червоного кольору, щетинки, що покривають тіло, та жилки на крилах мають цілком певне розташування. У мутантних мух, що виявлялися час від часу, ці ознаки були змінені: тіло, наприклад, було чорне, очі білі або інакше забарвлені, крила зародкові і т.д. Частина особин несла не одну, а відразу кілька мутацій: наприклад, муха з чорним тілом могла, крім того, мати зародкові крила. Різноманітність мутацій дозволило Моргану розпочати генетичні досліди. Насампередвсього, він довів, що гени, що у одній хромосомі, передаються при схрещуваннях разом, тобто. зчеплені один з одним. Одна група зчеплення генів розташована в одній хромосомі. Значне підтвердження гіпотези про зчеплення генів у хромосомах Морган отримав також щодо так звані зчепленого зі статтю спадкування.
Визначивши, що ген забарвлення очей дрозофіли локалізовано в X-хромосомі, і простеживши за поведінкою генів у потомстві певних самців і самок, Морган та його співробітники отримали переконливе підтвердження припущення про зчеплення генів.
1933 року Морган отримав Нобелівську премію з фізіології та медицини «за відкриття, пов'язані з роллю хромосом у спадковості». У нобелівській лекції Морган заявив, що внесок генетики в медицину має переважно суто освітній характер. «У минулому сам предмет спадковості людини був настільки розпливчастим і засміченим усілякими міфами та забобонами, що здобуття наукового розуміння суті предмета є вже досягненням першорядної величини», — сказав він. Протягом мови вчений висловив припущення, що відкриття явища зчеплення зі статтю може колись виявитися корисним для діагностики генетичних захворювань.
Морган походив з відомої сім'ї, але був позбавлений будь-якої зарозумілості або снобізму. І він, звичайно, був вільний від зарозумілості. Його походження було однією з причин того, що він відчував себе в будь-якій компанії як у себе вдома. Як серед президентів коледжу, так і серед дітей.
Загальним завданням Моргана, що він прагнув вирішити своєї біологічної діяльністю, було бажання дати матеріалістичну інтерпретацію явищ життя. Він завжди ставився стримано до ідеї існування природного відбору, оскільки йомуздавалося, що цим відкриваються двері до пояснення біологічних явищ у поняттях, які передбачають наявність мети. Його можна було вмовити і переконати, що в цьому уявленні немає зовсім нічого, що не було б матеріалістичним, але воно йому ніколи не подобалося. І його доводилося знову і знову переконувати в цьому кожні кілька місяців.
У 1928 році Морган перейшов до Каліфорнійського технологічного інституту для того, щоб організувати новий біологічний відділ. Що його цікавило в цьому підприємстві, так це можливість організувати відділ, як він того хотів, і до того ж в інституті, де на висоті знаходилися фізика та хімія, де панувала дослідна атмосфера і де робота зі студентами була спрямована на те, щоб виростити з них дослідників . Морган залишався в інституті до своєї смерті, але щоліта він регулярно повертався до Вудс-Хоула. Учні Моргана за десять років встигли вивчити триста поколінь дрозофіл.