观察到果蝇多次变异特征，进行遗传学实验，都表现出相同的规律。
根据一系列的实验结论，一九一一年，摩尔根提出了“染色体遗传理论”。
摩尔根发现，代表生物遗传秘密的基因的确存在于生殖细胞的染色体上，并且，基因在每条染色体上是直线排列的。到一九二五年的时候，摩尔根已经发现果蝇有四对染色体，并鉴定出约一百个不同的基因。
染色体可以自由组合，而排在一条染色体上的基因是不能自由组合的。摩尔根把这种特点称为基因的“连锁”。
他在长期的试验中发现，由于同源染色体的断离与结合，而产生了基因的自由组合。不过这种基因交换的情况很少，只占百分之一。
基因的连锁和互换是生物界的普遍现象，也是造成生物多样性的重要原因之一。
基因的连锁和交换定律，是摩尔根发现的遗传第三定律。
这条定律是摩尔根在遗传学领域的一大贡献，与孟德尔提出的基因分离定律、自由组合定律一道，被称为遗传学三大定律。
摩尔根由此创立了著名的基因学说，揭示了基因是组成染色体的遗传单位，它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位。继孟德尔的豌豆实验后，摩尔根的果蝇实验，将生物遗传学研究又向前推进了一大步。
一九二八年，六十二岁的摩尔根受聘担任加州理工学院生物学部主任，将在哥伦比亚大学工作时的同事布里奇斯、斯图蒂文特和杜布赞斯基等人再次组织在一起，重建了一个遗传学研究中心，继续从事遗传学及发育，分化问题的研究。
一九三三年，诺贝尔诞辰一百周年之际，摩尔根由于对遗传的染色体理论的贡献而被授予了诺贝尔生理学或医学奖。
摩尔根并没有到瑞典去出席颁奖仪式，借口是自己工作太忙，主要还是他本人不喜欢一本正经地在公众集会出现，除了科学讨论会，他对于政治和其他集会均不感兴趣。
这点倒是很合曾凡的胃口，因为他也是这样的人，好像科研人员中这样的人很多。
一九四一年，摩尔根以七十五岁高龄宣布退休，离开了实验室，四年后，摩尔根因病去世。
人们对他最好的纪念，也许要算将果蝇染色体图中基因之间的单位距离叫做“摩尔根”，他的名字作为基因研究的一个单位而长存于世。
与生前就已经荣誉加身的摩尔根相比，被誉为现代遗传学之父