与霍普金斯大学相反，除了教职员之外，布林马尔学院全是女生。学校创始人奎克斯建校的目的，就是要向妇女提供高等教育的机会。在该校理事会及教员中，有不少是来自霍普金斯大学的，教学大纲也基本上与霍普金斯大学相同。
摩尔根来到布林马尔学院，并首次登上讲台，成为该校生物学副教授。他每周 5天有课，每天至少要讲两次课，讲课的内容，主要是普通生物学、普通动物学和高等生物学。每周还要主持一次胚胎学讲座。所有这些课程的实验室工作，也是由他负责。此外，他还要指导攻读博士学位的研究生的学习和论文写作。每隔一周，还要主持一次学报阅读晚会，并讨论最新的生物学文献。
要想轻松处理如许教学任务，捷径便是重复地教授同样的内容。可摩尔根没有这么做，他不断改变授课的内容，以体现其不断研究出的新成果。
但作为一名教师，摩尔根的执教“名言”却是“别管你的教学工作”。后来，他注意到他的一名研究生对教学工作兴趣甚浓时，曾取笑他说：“当心，别把自己弄成了老学监！”在他看来，真正的工作，是独创性的研究，而不是课堂教学。他还经常上课迟到，有时甚至就不来。从这一点上说，他是个不称职的老师，但他在希林马尔却一直很称心。
摩尔根在希林马尔的最初三年，工作、生活都是很开心的。他积极参加校内的各种聚会，并经常奔跑在校网球场上。在科研工作中，他按照研究生院的项目要求，开始对柱头虫、两栖类动物的蛙类以及海鞘虫进行描述性研究。他的兴趣仍然集中在对胚胎学的研究上，因此他十分看重一些身形小、数量多的海洋有机体，因为这些有机体几乎都是半透明的。在研究方法上，他更加相信实验的威力了，而且，这种实验的方法成了他一生崇尚的研究手段。 40年后，当他获得诺贝尔奖时，他首先的评论就是：这是实验生物学的荣誉。
1894—1895年间，摩尔根荣幸地享受到一年的假期。在这一年的假期中，他离开了布林马尔学院，来到了当时生物学家们的“朝圣地”——那不勒斯海湾动物研究室。
血气方刚的摩尔根手捧文法书，口袋里塞满了意大利钞票，当他来到那不勒斯时，当地人因为他父亲任墨西哥领事时的高尚行为而热烈地欢迎这位领事的公子。摩尔根面对热情奔放的意大利人，激动地表示准备娶一位意大利公主做太太，可事实上，他的激情很快一股脑地被吸引到那不勒斯实验室。
在这个实验室里，摩尔根与几位生物学同仁一起，开始对发育的实验研究感兴趣。当时人们认为，发育是一种分裂和演变的过程。一个细胞本身分裂成相同的两个，而每一个子细胞本身又分裂成相同的两个，如此反复，要经历50次，而所有子细胞，全都处在同样的环境中。那么，形成身体各个不同部分的神秘变化，即某些子细胞变成了骨骼；某些子细胞变成了血液；某些子细胞又变成大脑，这究竟是怎么回事呢？
摩尔根开始用一种简单的仪器，着手研究若干种内部和外部因素对卵的发育过程的影响。为研究引力对卵发育的影响，他用水力发动机提供动力，将一辆自行车放成轮朝天，拆下前轮车胎，把一根细绳从发动机的轮子上引出来绕自行车车轮一圈，使车轮缓慢转动。把卵置于大试管中，用塞子塞住管口。然后将这些试管捆扎在车轮的钢丝上。试管里几乎装满了水，但在顶端留着一个大气泡。当试管转动时，气泡就从试管的一端跑到另一端，从而每转动一圈，水和卵就翻动两次。
这些实验逐渐养成了摩尔根终身不依赖高级设备的良好品质。而且，从这些看似简陋、甚至笨拙的实验中，却产生了科学史上一些重要的成果。
对细胞如何发育成有机体，当时学术界有两种观点。一是先成论，也叫嵌合说，即细胞变成一个完整的生物是天生的、注定的，每一个细胞中有着一种像小人一样的东西，它会自动地伸展，并最终长成一个成人。另一种是后成说，它认为发育有赖于与卵中的物质成分发生相互作用的种种力量。而在整个发育过程中，可能会发生细胞质、外界环境及细胞核之间复杂的相互作用。
如果真如“先成论”所言，一切都是天生就形成的，那么发育就会一成不变地进行着，那么动物学家的研究，除了弄清种族的历史如何在个体发育中不断再现之外，就别无他事可做了。与此相映成趣的，是“后成论”学说的活力，按照这一学说，人们可以用实验的方法来研究发育的过程。
1888年，胚胎学家鲁从实验中发现：当蛙卵的两个子细胞中有一个被杀死时，剩下的这个细胞发育成一个不完全的、缺少一半的胚胎。由此，鲁坚信，细胞核定性分裂，使子细胞中各潜在部分形成了像镶嵌图案一样的布局。这样，合子的第一次分裂就把身体右侧那些细胞的部分与将变成左侧的那些细胞部分分开，而身体各部分以后的发育就取决于卵的最初几次细胞分裂。
到1891年，另一位胚胎学家汉斯 ·德里奇也做了一个这样的实验，发现单个海胆卵子细胞并没有形成半个胚胎，而是发育得很正常。因此，若是细胞的 1/2或1/8具有与原先整个卵相同的潜在力，甚至具有识别环境改变的能力，那么，在细胞质与整个环境之间，必定存在着一种比“先成论”学说所设想的还要复杂得多的相互作用。
像这样，不同研究者的不同发现，多年来一直相互矛盾，有的甚至相对立，摩尔根在那不勒斯以及后来在布林马尔单独工作时，都一直通过实验对卵和胚胎进行刺激，试图否定镶嵌学说。 1895年前，他用白鱼进行实验，成功地证实了单个子细胞可正常发育。接着，他又用鳉鱼的二细胞胚胎做实验，试图想了解半个或 1/4的胚胎能长成一个完整个体的各种力量所在。结果发现，如破坏其中的一个细胞，就会产生一个不完整的个体；但如果将剩下的细胞倒置，或震动，或离心分离，就可恢复正常的发育，并产生一个完整的个体。
在研究海胆卵时，摩尔根发现，加入氯化镁或高渗海水，可以人工促使卵高速分裂。而通常卵的分裂过程，需要有一个精子才行。后来，摩尔根的同事雅克 ·洛布把摩尔根曾一直使用的盐溶液稍作改变，便于 1899年成功地用人工方法促使卵子发育。洛布在此基础上继续研究，终于培育出无父亲的正常幼虫、蝌蚪、雄蛙和雌蛙。这一单性生殖研究的重要成果无疑使整个生物学界受到震动。后来，有人认为这一功劳不应让洛布独自占尽，可摩尔根对此却毫不在意，仍然与洛布是好朋友。
总之，在那不勒斯，摩尔根感到十分愉快和有收益。他曾把这个实验室称作不断能翻新花样的万花筒。这里有来自世界各地的教授、学者和研究人员，而且每个人都有他（她）自己独特的研究方法和兴趣。可想而知，当这些成员济济一堂时，必定要在思想和学术上产生争论，而在这些争论中，人人都会有所收益。
1895年，摩尔根回到布林马尔。这时，他由生物学副教授晋升为教授。同时，他感到，美国人在生物学研究方面太闭塞，特别是缺少一个具有那不勒斯水平的海洋生物研究中心。于是，在以后的几年里，他考察了好几个美国海洋生物研究站，最后，还是对伍兹霍尔海洋生物研究室进行了一场重大变革。推举了实验室董事会具有全国性的、几乎都是科学家的新理事会，摩尔根也是其中的一员。从此，直到 1937年，摩尔根一直在这个理事会中任职，在他去世以前，他还是位名誉理事。
这段时间里，摩尔根开始把研究的重点兴趣放在“再生作用”上。这种兴趣的转移，主要是在研究细胞受损伤时产生的，因为半个胚胎能长成一个完整的胚胎，乃是一种再生或复原现象。摩尔根想弄清楚，这种再生现象在什么条件下发生，又是什么因素在促使其发生。
摩尔根注意到，当一只动物长到它这一种类的特定大小时，它就停止生长了，好像是其体内细胞已丧失了进一步生长的能力，但又有许多动物能再生其丧失的部分，这表明生长的停止不是由于丧失生长能力的缘故。
一切有血动物，一生中不断再生红细胞；所有动物在其一生中不断更换其皮肤表层的裂缝；某些动物如蠕虫和蜗牛，将其肢体或头部截去后，它还能长出新的来；而另一些如老鼠或人，则不能。这些现象是受什么力量控制的呢？未来的摩尔根夫人——莉莲 ·沃恩 ·桑普森做了一个这样的实验，把蜗虫切成一段一段的，然后再把它们接起来，结果，它们会重新长在一起。如果接头处没接好，即有活组织暴露在外，那么，就会在这个活组织部位长出一个新的头或新的尾巴；如果将其中一段倒过来接，那么，会在移植接头处长出两个头，每条虫一个头。
摩尔根自己也做了类似实验。他把一种水母切成几段后，切面很快会愈合，并长成钟形。他又将鱼的尾尖或蚯蚓基部切除，结果发现，被切掉的部分会慢慢再长出来；如果切得多一点，它们就会长得快一点，而且生长速度不受动物进食量的影响。
那么，这些动物被切掉的一端怎么“知道”要长出一个新的头或新的尾巴呢？摩尔根的推测大大发展了生物学中的“梯度学说”。他认为，张力或物质从水螅体到生殖根（或从头部到尾部）呈梯度分布，从头至尾，由高及低，切除其中的一部分便会扰乱这种梯度分布状态。移植得好，张力恢复了，再生就不会发生，如果不加移植，身体初切割部位上的细胞就“知道”要进行再生，当这些细胞后面的压力减小时，它们就长出一个头来；反之，压力增大，它们则又长出一条尾巴来。
这些再生作用的研究，在摩尔根看来，是回答卵如何变成一个成熟个体问题的一种尝试，虽然梯度学说已部分地回答了这个问题，但更多的问题仍然是个谜，摩尔根的一生，直至 1945年逝世，仍在从事再生问题的研究。
1903年，正当摩尔根在执著地研究胚胎学和再生工作时，他的朋友威尔逊邀请他去纽约任全国实验动物学首席教授，这就是哥伦比亚大学。这位声名赫赫的生物学家曾说：“我对哥伦比亚大学遗传学工作的唯一贡献，就是发现了摩尔根。”决定去这所比希林马尔学院规模更大的学校，成了摩尔根科研事业上的一个转折点。
