历史的脚步刚刚跨入 20世纪，遗传学发展史上便揭开了崭新的一页。 1900年，伟大而孤寂的遗传学家孟德尔的杰作《植物杂交试验》在淹没尘世的半个世纪后，被世人发现。这标志着近代遗传学的开始。
孟德尔通过豌豆杂交实验发现，不论父本的性状还是母本的性状，都显而易见，而不是处于二者的混合状态。下一代中，父母双方的性状都会出现，并以一定的比例表现出来。
孟德尔的论文被发现后，在科学界立即引起强烈反响，科学家们纷纷议论，他的定律到底对不对？如果对的话，它到底有多大的普遍性？整个进化理论，犹如一团迷雾，不少研究者懵懵懂懂，迷失其中。可摩尔根却坚定自己的研究途径——实验，破雾直航。
摩尔根起初认为孟德尔定律是对的，因为它建立在可靠的试验基础之上，几乎是实验记录及总结。 1903年，摩尔根在他的《进化与适应》一书中写道：“从近年的研究结果看，孟德尔试验结果的重要性及广泛的适用性是显而易见的……孟德尔对他的试验结果所作的理论解释十分简洁明了，令人毋庸置疑。”
接着，在证明孟德尔定律正确与否的一些实验中，摩尔根发现，孟德尔理论并非完美无缺。他在用家鼠与野鼠进行的杂交实验中发现，腹部为白色、两侧为黄色的家鼠与野鼠繁殖的后代，毛色显得毫无规律，这表明生殖细胞还“带有其他颜色”。
由于这些实验与孟德尔定律的结论难以吻合，到了 1909年，摩尔根自感当初对孟德尔定律信奉过了头，并对全盘接受孟德尔观点的人产生不满。他曾这样写道：“在对孟德尔学说的解释中，事实却被人们说成了一种因子。如果这种因子不能解释这些事实，那么，第三种情况便应运而生。事实上，这种为解释结果而采用的绝招，研究者是不应天真地加以接受的。否则，我们将被一种司空见惯的事实视而不见，即这种结果之所以能‘解释’得如此无懈可击，乃是因为这些解释是专门为说明那些结果而挖空心思想出来的。事实上，我们应该将其颠倒过来，即用因子去解释事实……配子里的因子分离假说是一种十足的先成论的观点……而后成论的观点却有一个很大的优点，即它为进一步的研究敞开了大门，科学的进步常常就是以这种不断研究的方式取得的……卵，无须含有成体的性状；精子也一样。卵和精子各自均含有一种特殊的物质，在发育过程中，这种特殊的物质以某种尚未为人知的方式，产生出成年个体的性状来。”
摩尔根在确认孟德尔定律并对其不完满之处提出质疑的同时，开始形成他自己的交替显性理论。他说：“两种交替性状的状态可同样被认定为交替稳定状态的产物。在同一个个体中，显性与隐性性状都可能出现。例如，褐色和黑色小鼠产生孟德尔式的结果，但我却获得了前半身为黑色和后半身为褐色的小个体。另外，黑眼睛和粉红色眼睛小鼠杂交，按孟德尔定律，可产生一定比例的黑眼睛和粉红色眼睛的后代，可我却获得三只小鼠的眼睛，都是一只为黑色，一只为粉红色。”因此，摩尔根认为，在这些杂合体中，局部条件可决定其在一定时期表现出隐性性状。
摩尔根在对孟德尔理论渐渐失去兴趣的同时，对生物的突变学说却表现出相当的激情。 1886年，荷兰植物学家德弗里斯发现了一种能产生出新种而繁殖成纯种的月见草，他把这种新种叫做突变种，并进一步认为这可能就是自然界产生新的生物种类的一种普通方式。
如果新的物种真是由这种“突变”形式产生的，那么，就用不着任何别的理论来解释生物的多样性了。有关这方面的理论，当时还流传着一种古老的说法，即公元前 4004年，上帝用 6天时间创造了天地间各种完整无缺的生物。但这一理论，遭到了达尔文支持者们的无情抨击。
达尔文主义者的观点主要是进化论的观点。达尔文发现了进化现象，但对进化现象的解释却是生物学研究的又一重要课题。达尔文认为，马尔萨斯人口论学说中的观点，也适用于整个生物界。一旦产生了过多的后代，那么，在其激烈的夺食斗争中，适应性最强的个体才能生存下去。
但达尔文很快就遇到这样一个问题，长颈鹿较之其他类更易生存，乃是因为其脖子长，觅食范围广。可长颈鹿怎么会一生下来就有长脖子呢？它的长脖子在其种族中是如何遗传并保存下来的呢？
达尔文认为，这是动物因缓慢意愿而产生的适应性所导致的，这就是进化论中关于自然选择的内容。进化的问题也是当时全世界都在争论的问题。摩尔根从上大学开始，一直对进化论保持着浓厚的兴趣，他认为，进化论能否得到证实，必须通过实验才能解决。
摩尔根认为，卵演变成成熟个体这一课题，完全可以用实验的方法加以研究。至于子代从其父母身体中获得与其父母一样的体格、技能或习惯的所谓“获得性性状遗传理论”和达尔文的自然选择理论的成立与否，都应当通过实验来加以研究，因为实验才是真理的唯一源泉。为此，他写过 5本关于进化论的专著，其中第一本即是 1903年出版的《进化和适应》，在这部专著中，他详尽地描述了自己在这一时期的哲学态度。书中献题是“谨献威廉 ·基斯·布鲁克斯，以表由衷的钦佩与尊敬。”摩尔根一生中，共有 21本专著，其中带献题的只有 3本。除《进化和适应》一书中有之外，第二本是献给其母亲，第三本是献给威尔逊。布鲁克斯是摩尔根过去的老师，他对达尔文的进化论学说推崇备至，但在共有 470页的《进化和适应》一书中，摩尔根表述了对达尔文学说的反感。书中主要是评价达尔文进化论的论据，他断言达尔文关于生存斗争的证据是错误的。他在书中这样写道：“当食物供应枯竭时，无数个体（细菌）仍然存在，它们全都进入了一种保护性的休眠阶段。”他说：“我认为，以全新的眼光来看待进化过程的时刻已经到来。大自然就造了丰富的生物新种类。在这些新种类中，有一些将设法找到一个它们可以继续生存的环境……有些新种类可以很好地适应某些环境，并在那里繁殖繁衍；而有些则勉强维持朝不保夕的生存，它们不仅不适应所在的环境，也找不到一个适合它们生存的地方；还有一些连发育的地方都找不到。根据这种看法，进化过程并不像人们通常想象的那样，唯有置生物于死地进化才能发生。因此，进化过程不是破坏或消灭大量的生物个体，因为适应力差的个体连发育都做不到。进化并不是一切反对一切，而主要是在自然界尚未被占据或占据得不好的地方创造出新的种类。”
当时，有很多生物学研究者坚持达尔文的进化论和自然选择观点，并作了精彩辩护，但具体的事实总比任何精彩的辩护更容易打动摩尔根。当他在 20年后来到英国牛津大学访问时，他对进化论及自然选择学说的观点发生了重大变化。该校生物学研究牵头人赫胥黎在许多昆虫中拿出了一些足以说明适应性变色的代表性标本，从而很确切地揭示出自然选择一说。摩尔根看呆了，他在这些动物标本面前踱步深思，并由衷地叹道：“这太奇怪了，我真不知道世界上还有这些东西！”可以断言，到此为止，摩尔根已转而相信适应性以及在产生这种适应性过程中自然选择的效力了。
事实证明，摩尔根已逐渐按照达尔文的思路来接受进化论的观点了，但他在接受进化论主要论点的同时，仍保留着一些自己的看法。他在最后一本关于进化方面的专著《进化的科学基础》中写道：“自然选择学说的含义是，通过从群体中选择出一些极端的个体，使其下一代沿着同样的方向得以进一步发展。这一点，现在已知道是错误的。无论是遗传因素，还是环境因素，都不能带来这种进展。没有这样一种先决条件，自然选择就不足以带来进化。另一方面，如果由于遗传因子超越原先限制发生变异，即产生突变体，那么，它们就会为自然选择提供带来渐进变化的物质环境，但这并不是说自然选择与新种类的出现有关。有些新种类可能会具有生存价值，只是由于已逐渐不适应环境的种类灭绝后，较为适应的种类就有了生存的空间和环境。如果曾经出现过的突变体全部活下来，并传下与其类似的后裔，那么，我们应当发现，现在描述过的所有动植物种类，今天全都活着。这种观点表明，即使没有自然选择，进化照样会发生。”
摩尔根的这种看法，得到了赫胥黎的赞同。他在 1942年出版《进化：近代的综合法》一书时，献题说：“谨献托·亨·摩尔根：生物学多方面发展的领头人。”
摩尔根在《进化的科学基础》一书中，还说到进化应通过胚胎学而不是古生物学予以证明，因为他一直认为自己是从胚胎学的角度在研究生物学的。
1903年，摩尔根从布林马尔学院来到哥伦比亚大学后，在胚胎学研究方面做了一些实验。他把海量精子放在氨、前列腺液和盐类溶液中加以刺激；将不同种的各类海胆放在一起进行杂交，结果表明，其成活率受到当年的季节和水温的影响。他一直对后成论学说感兴趣，因此便设法削弱关于细胞核及染色体的显性作用的假说。他说，大多数胚胎学家倾向于将各种作用归因于细胞核，他们认为细胞核主宰了原生质中的一切变化。相反，摩尔根却认为没有什么证据能说明这种作用来源于细胞核，可能是来自于精子一同进入的细胞质。为此，他引述了德里奇的科学发现，即胚胎的分裂方式、分裂速度以及早期所有的发育现象，都显示了卵子的特性，与所用的精子类型毫无关系。
这些实验使摩尔根自然而然地提出这样的问题：如果细胞核中的染色质具有控制一切的作用，那么，父方的因素为什么出现滞后？于是，摩尔根开始探讨染色体是否决定生物性别的问题。
孟德尔曾在 1870年提出性别的决定作用可以被证明是遗传与分离作用的一种现象。但这一观点与孟德尔的其他学说观点一样，一直不为人们所理解，更得不到应有的重视。摩尔根在这一时期也提出：基因是如何决定性别的？起主导作用的，到底是雄性还是雌性？
当时的细胞学家们对这一复杂的生物学问题并未产生多大的兴趣，而开始提出染色体是否以某种方式决定着性别？因为，细胞学家们已经发现，一种性别中的绝大多数染色体都是由相同的两条构成的对子，但只有一对例外，这一对染色体被称为 X和Y。当时的许多人包括威尔逊在内，都认为很可能是它们决定了生物体的性别。
但也有一些实验的结论好像与此不相一致。像牡蛎，当气候条件变化时，其性别也发生变化；像蚕，当环境因素改变时，其子代的雌雄比例也发生变化；像两性体的蚯蚓和各种雌雄嵌合体植物，都是雌雄同体。在英国，有实验表明，雌性的蛾和鸟，具有一个 X和一个 Y染色体，而不是两个 X染色体；而在美国，很多昆虫实验表明，雄性是XY或异型配子体性别。在一些同类昆虫中，这种实验结果的差异表现得很混乱，它们中既有未受精卵产生雄体的英国型，又有产生雌体的美国型。
认为精子既带 X染色体又带 Y染色体，从而决定了性别的简单看法，在证明存在着单性生殖的现象后，便更难令人接受。当时已有人通过试验的方法，产生了雌性和雄性青蛙，因此，怎么能说精子起着决定性别的作用呢？
对于这一问题，摩尔根越来越感兴趣。从来到哥伦比亚大学开始，他便开始研究当时关于性别决定机制的各种流行学说； 1906年后，他开始了一项为期 7年的蚜虫研究，这是一种专叮葡萄的小蝇，它通过单性生殖，既能产生雄体，又能产生雌体。但在 1910年前，他的研究结果似乎与染色体的性别决定作用不相符合。摩尔根在研究自我受精机制时说：“我对很多动物进行了一系列研究，以期发现这一受精作用是由什么引起的。将卵浸在另一个体的血液或卵巢的浸出液中来使其自我受精是不可能的；反之，将精子浸在另一个体的血液或睾丸浸出液中，以使它进入自身产生的卵中，这也不可能。”摩尔根发现这种实验的结果很复杂并难以解释，这一问题也成了他毕业研究的课题，直到临终时，他的这种研究都并未停止。
