L'any 1910 va descobrir un mutant d'ulls blancs entre individus d'ulls vermells, observant caràcters recessius i posteriorment inicià la tradició d'anomenar els gens segons el fenotip causat pels seus al·lels mutants. Dels seus experiments, va concloure que alguns caràcters s'hereten lligats al gènere (herència lligada al sexe), que el gen responsable del caràcter resideix en el cromosoma X, i que probablement altres gens també residien en cromosomes específics o, cosa que és el mateix, que els cromosomes eren el suport físic dels gens, confirmà experimentalment la teoria cromosòmica de l'herència postulada amb anterioritat per Walter Sutton i Theodor Boveri. Emprant la recombinació dels cromosomes Morgan i Alfred Sturtevant van preparar un mapa amb la localització dels gens en el cromosoma.