生物の細胞内では酵素や輸送体など多様なタンパク質が活動しており、その機能は三次構造（立体構造）に大きく依存します。20世紀半ばまでは、タンパク質は巨大で複雑すぎるため構造解析は不可能と考えられていました。ペルーツとケンドリューはX線結晶構造解析に重原子同型置換法と大型コンピュータ計算を導入し、ヘモグロビンとミオグロビンという球状タンパク質の構造を解明しました。これは原子レベルで生命分子を見ることができることを示した歴史的快挙で、「構造生物学」という新しい分野の扉を開きました。この成果は酵素反応機構の解明や分子標的薬の設計など、医学・バイオテクノロジーに広く応用されています。

ペルーツはヘモグロビン（α2β2四量体）の約5.5 Å構造を1959年に報告し、その後分解能を向上させました。ケンドリューは1957–60年にかけて、重原子同型置換とフーリエ合成を駆使してミオグロビン（単量体）の2.0 Åモデルを完成させ、側鎖配置まで示しました。両者はPatterson関数解析、差分フーリエマップ、位相改善といった結晶学的手法を体系化し、大型コンピュータ（EDSAC、Ferranti Mercury など）を利用して数十万の反射強度を計算しました。この研究は、配列から立体構造を推定するための最初の実験データを提供し、アロステリック調節や酸素結合機構の理解に決定的なインパクトを与えました。以後、核酸や膜タンパク質、巨大複合体の解析へと技術が発展し、現代の創薬、バイオインフォマティクス、分子進化研究の基盤となっています。

ペルーツはヘモグロビン結晶にHg, Pt, Os などを導入して六個以上の重原子派生体を作成し、差分Patterson解析から位相を決定した。続くフーリエ合成では0°, 45°, 90°セクションを用いた手描き電子密度評価を行い、アミノ酸残基の配置を同定した。ケンドリューはクジラ筋肉由来ミオグロビン結晶でCsHgI3などの重原子を用い、透過関数標準化とB因子補正により高分解能位相を取得した。両者は合計10^5–10^6反射を最小二乗フィッティングし、R値を20%以下に収束させることでモデル妥当性を検証した。得られた構造はヘリックス束フォールドや協同的酸素結合モデルの確立に直結し、現在の低温結晶化、多波長異常分散法(MAD)、クライオ電子顕微鏡解析などへと技術的血脈が受け継がれている。