19世纪，特别是下半叶，细胞学有了空前的发展：魏斯曼（A．Weismann）首先提出要在细胞水平研究遗传的观点，断然否定获得性遗传，提出种质连续理论；赫特维希（O．Hertwig）研究海胆受精作用，确认动物细胞在形成配子过程中要发生减数分裂；鲁（W．Roux）1883年提出遗传物质均等分配的观点；萨顿和蒙哥马利（Montgomery）证明了染色体的连续性，萨顿（Sutton）指出：“父本与母本的染色体以配对的方式联系，减数分裂时彼此分开，这就是孟德尔遗传的物质基础”；鲍维里（Boveri）研究马蛔虫受精作用，证实了染色体的个体性，他认为：从受精卵衍生出来的一切细胞，其中的染色体一半来自父方、一半来自母方。这正如威尔逊（E．B．Willson）所预言的：“细胞通过分裂在发生上连续，遗传现象就是这种连续性的结果。”
孟德尔豌豆杂交试验论文被重新发现2年后的1902年（有的资料认为是1903年），W. Suntton 萨顿、T. Boveri 鲍维里注意到染色体从一代到一代的传递方式与遗传因子（基因）从一代到一代的传递方式有着密切的平行关系。为了解释这种相关性，他们提出了**遗传因子位于染色体上的假设【遗传的染色体学说】——**认为孟德尔的遗传因子位于染色体上，这个从细胞学研究得出的结论，圆满地解释了孟德尔遗传现象。
这些细胞学成果的染色体假说在1902～1910年的这段时间内未得到承认和支持，有不少遗传学家反对，贝特森（Bateson）就属其中之一。连锁现象最初是贝特森于1906年在香豌豆杂交中发现的，尽管此时染色体学说已经提出3年，但他在连锁现象面前，除了提出相斥和相引这两个名词和“珍惜你的例外吧!”这句名言之外，别无建树。
后来摩尔根对染色体学说作出了决定性贡献。染色体理论主要来自细胞学的观察事实，摩尔根认为这是“思辨”臆测，要求提供更直接的证据，宣称绝不接受这种“没有实验基础”的理论（因为学说提出仅仅是类比推理）。
1909年，约翰逊（W．Johannsen）才提出基因型和表现型的概念，在这之前，颗粒论者就不得不从遗传因子与生物性状之间一一对应联系的预成论思维去探讨遗传。
为什么摩尔根很快又成为染色体学说的主要倡导者和一系列有力证据的提供者呢？
1904年，美国细胞学家威尔逊邀请他到哥伦比亚大学，作为好友、同事，两人的办公室仅一墙之隔，且有着一些既研究果蝇遗传又研究昆虫染色体的共同学生作媒介，此间威尔逊的工作深刻地影响着摩尔根。
1908年，摩尔根引进黑腹果蝇建立果蝇室，作为遗传学实验材料。1910年5月发现一种白眼雄蝇，他立即用白眼雄蝇与正常红眼雌蝇交配，结果F1全是红眼，说明白眼属隐性突变性状；在F1兄妹交产生的F2中，出现了白眼只限于雄蝇的现象，这预示眼色与性别的遗传相关；他又将这只白眼雄蝇与F1红眼雌蝇回交，结果表明雌蝇也可出现白眼；再将这只白眼雌蝇与红眼雄蝇杂交，出现了雄蝇全是白眼而雌蝇全是红眼现象，他将这种女象父、子象母的现象称为交叉遗传。
性状遗传随性别不同而有所差异，这是孟德尔雌雄同株的豌豆不可能表现的新现象，但这使摩尔根联想到世纪之交的性染色体研究。
1891年后亨金（H．Henking）发现并命名半翅目昆虫精巢细胞中含异染色质的X染色体；1902年麦克隆（C．E．Mc Clung）将该染色体与昆虫性别相联系；威尔逊（1905年）研究半翅目和直翅目昆虫，认为性别由性染色体决定，特别是史蒂文斯（N．M．Stevens）发现果蝇性别决定机制。运用这些细胞学成果，可断言上述基因位于X染色体上。
果蝇只有8条染色体，而个体性状纷呈繁杂，他担心这样一来，许多性状势必包含在同一染色体中而随之一道“孟德尔化”。物种间染色体数目差异甚大，这使他认为染色体未必是能控制一切性状的基质。
缜密的科学思维，可贵的怀疑主义！当进一步的研究使他对这些问题有所醒悟时，著名的论文《果蝇的限性遗传》诞生了，在遗传学这是第一次将一个具体的基因与一个特定的染色体联系起来。
然而，最终直接证明染色体理论的还是摩尔根的合作者布里吉斯的经典研究。他在重复白眼雌蝇与红眼雄蝇的交配时，发现了约1/2000的初级例外子代，即女偏母、子偏父的“性状直传”；再将初级例外中白眼雌蝇与正常红眼雄蝇交配，发现了更高频率（4％）的次级例外。布里吉斯假设初级例外的白眼雌蝇具有XXY的异常性染色体（即母本减数Ⅰ过程中X染色体不分离，共同进入受精卵所致），它形成的4种配子与正常父本的2种配子结合，即形成8种眼色、性别、育性、生活力不同的后代，其中4％为直传性状的次级例外，布里吉斯还逐一镜检了这些果蝇的性染色体，结果完全证实了他的假说，同时还提出了性别平衡理论。这项研究直观地、令人信服地证实了染色体就是基因的载体。
