他很早就知道肺炎雙球菌，並研究過肺炎雙球菌的免疫性。提出肺炎雙球菌可根據其免疫的專一性來進行分類，而這種免疫專一性是由於不同菌型的莢膜中所含的多糖引起的。由此他建立起對不同型肺炎雙球菌的靈敏檢驗法。
1938年，在美國洛氏基金會工作的數學家韋弗在一份支持生物學研究的文件中首次使用了“分子生物學”這一名詞。20世紀40年代被認為是分子生物學的孕育時期。1941年，曾在摩爾根實驗室工作過的美國遺傳學家比德爾同美國生物化學家塔特姆合作，把生物化學引進了遺傳學。他們用粗糙脈孢菌為材料，用X射線誘發多種營養缺陷型突變體，並進一步研究這些突變特性在遺傳上的傳遞規律，從而推導出“一個基因一種酶”的新概念，20世紀40年代中期被普遍承認，從而建立了生物化學遺傳學。研究成果促進了分子生物學的發展。一項是，由德國移居美國的物理學家德爾布呂克和其同事們在1946年發現不同種的噬菌體在一定條件下能進行基因交換重組。德爾布呂克從研究基因的自我複製出發，選中了噬菌體這種極簡單又具有自我複製能力的微生物作為研究對象。他是美國“噬菌體小組”的主將，在40年代後期舉辦了多次噬菌體暑期講習班，宣傳他的學術思想和普及噬菌體的實驗技術。另一項是，1946～1947年，美國微生物學家萊德伯格同塔特姆合作，以大腸杆菌為材料，也發現了基因分離和重組現象。這兩項突破以及他們對噬菌體和大腸杆菌的一些基本研究，對分子生物學的發展起了十分重要的作用。
1944年，美國細菌學家埃弗裏發現DNA是不同種的肺炎雙球菌之間的轉化因子。第一次證明DNA攜帶著遺傳信息。這一十分重要的成果卻引起很大爭論，一方麵受傳統思想的影響，很多人懷疑他所分離出的DNA不純，可能還是混雜的蛋白質在起作用，但是這一成就無疑地也刺激了人們對DNA化學組成和晶體結構的研究。同年，奧地利物理學家、量子力學的奠基人之一薛定諤在英國出版了名為《生命是什麼》的小冊子，其副標題是“活細胞的物理觀”。該書用量子力學的觀點論證基因的穩定性和突變發生的可能性。書中提出必定有一種由同分異構的連續體構成非周期性的晶體，其中含有巨大數量的排列組合，編排成遺傳密碼。該書還用統計物理學中的“有序”、“無序”和“熵”等概念來分析生命現象。薛定諤在這本書中還明確指出，生命物質的運動必然服從於已知的物理學定律。但他寫這本書的唯一目的卻是想從複雜的生命物質運動中發現未知的物理學定律。雖然他的物理學家的目的至今未能實現，但卻啟發了人們用物理學的思想和方法去探討生命物質的運動。其中對生命問題提出的一些發人深思的見解，吸引了不少生物學家和對生物學感興趣的物理學家。一些知名的分子生物學家都在自己的回憶中提到這本書對他們的影響，於是有人把這本書譽為“從思想上喚起生物學革命的小冊子”。
英國生物大分子晶體分析學家W.T.阿斯特伯裏於1950年，以“分子生物學”為題在美國作公開講演。以後隨著工作的開展，分子生物學得到普遍承認。分子生物學是生物化學和生物物理學研究發展的必然結果。生物大分子結構和功能的研究正是50年代以來生物化學和生物物理學麵臨的中心問題。但在研究功能時必然與遺傳學、免疫學等學科相結合，從而發展為分子遺傳學、分子免疫學等。在實驗材料上選中了微生物，從而應用了微生物學的原理和方法。從1953年以後，分子生物學取得了一係列巨大的突破，開創了一個新的廣闊的研究領域。