1930年代、酵素の本体がタンパク質であるかどうか、そしてウイルスの正体は何かが大きな謎でした。ノースロップは牛の胃からペプシンやトリプシンを抽出し、pH制御と透析、塩析を組み合わせて高純度結晶を作成しました。スタンリーはタバコモザイクウイルスを含む植物汁を精製し、同様に結晶化してウイルスがタンパク質性の粒子であることを示しました。これらの結果により、生体触媒と病原体が共通の物質基盤を持つことが確認されました。この技術は酵素阻害剤のスクリーニングやワクチン用抗原の大量調製に応用され、社会的価値が高いと評価されています。純粋結晶を得たことで、X線構造解析や免疫学的試験の精度が飛躍的に向上しました。

ノースロップは緩衝液中でのイオン強度と等電点を精密制御し、ペプシン（pI≈1.0）やトリプシン（pI≈10.5）の結晶を得て比活性と分子量を測定しました。彼は沈降速度分析と凍結点降下法を用いて分子量を推定し、酵素がタンパク質である決定的証拠を提供しました。スタンリーはタバコモザイクウイルスを硫酸アンモニウム沈殿とpH調整で精製・結晶化し、棒状結晶を取得しました。その後のX線回折解析は、TMVが長さ約300nm、直径約18nmのらせん状タンパク質集合体であることを示しました。これらの分離・結晶化技術はカラムクロマトグラフィーの発展を促し、ワクチン原薬の品質管理にも影響を与えました。タンパク質凝集・可溶化平衡に関するデータが蓄積され、生物製剤の製剤設計にも応用されています。結果として、彼らの研究は構造生物学とウイルス学の急速な発展を後押ししました。

ノースロップは0°C、μ≈0.15で(NH4)2SO4分別塩析後、pH1.5でペプシン結晶を等電点沈殿させ、散乱係数から分子量3.4×10^4Daを算出した。トリプシン結晶ではジスルフィド還元前後の活性差を解析し、活性部位が分子内部に存在することを示した。スタンリーのTMV試料はA260/A280=1.2を達成し、結晶中でも感染能を維持していたため、当時の「ウイルスはタンパク質主体」とする解釈を補強した。結晶学データはフランクリンらの繊維回折解析のテンプレートとなり、ドーナツ型パターンからヘリカルパラメータ(u=49Å,16.3サブユニット/ターン)が導出された。これらの研究はKaufmanのタンパク質凝集熱力学やMcPhersonの結晶成長速度論モデルの基礎データとして引用され続けている。