El [[1959]] va iniciar els estudis relacionats amb l'[[àcid desoxiribonucleic]] ([[ADN]]) i l'[[àcid ribonucleic]] ([[ARN]]), així com la generació de [[proteïnes]]. La seva recerca va posar els fonaments de bona part de l'actual [[genètica|bioquímica genètica]].
Al costat d'[[Oswald Avery]], [[Francis Crick]], [[James D. Watson]] va realitzar estudis sobre el funcionament [[biologia|biològic]] i [[química|químic]] de l'[[ADN]] respecte les seves funcionalitats de transmissió de la informació genètica. En aquells moments no es coneixien els mecanismes de replicació de l'ADN i la manera de la qual estava aquest [[àcid ribonucleic|àcid]] implicat en la generació de les proteïnes, així com el rol que tenia l'[[ARN]] en tots aquests processos. Formant equip amb [[Heinrich J. Matthaei]] va intentar resoldre de la millor forma possible la descripció d'aquests processos, aconseguint la [[síntesi química]] de l'ARN mitjançant l'ús d'un compost denominat [[uracil]], un [[nucleòtid]] que apareix només a l'ARN. El procés d'elaboració va ser aparentment simple, ambdós científics van afegir aquest poli-uracil en una [[cèl·lula]] lliure extreta d'una ''[[Escherichia coli]]'' la qual contenia l'ADN, l'ARN, els [[ribosoma|ribosomes]] i altres mecanismes cel·lulars per a la síntesi de la [[proteïna]]. Van afegir a la solució ADNasa, substància que trenca i separa a part l'ADN de les cèl·lules, observant d'aquesta forma que les proteïnes generades procedien només de l'ADN aïllat i que no hi havia altres fonts contaminants. Afegint un [[aminoàcid]] [[radioactivitat|radioactiu]] i uns dinou sense radioactivitat només alguns blocs de proteïnes generats mostraven un traçat radioactiu de [[fenilalanina]]. D'aquesta forma es va aconseguir desxifrar el [[codi genètic]] d'aquest aminoàcid: tres bases d'uracil (UUU). Aquest va ser el primer pas per al desxiframent del codi genètic i la primera demostració de les habilitats de l'[[ARN missatger]].
L'any [[1968]] fou guardonat amb el [[Premi Nobel de Medicina o Fisiologia]] ''per la descripció del codi genètic i el seu impacte en la síntesi proteica'', premi que compartí amb [[Robert W. Holley]] i [[Har Gobind Khorana]].
