モーガンは当時まだ仮説でしかなかった「染色体説」を実験で初めて強く裏付けました。白い眼をもつ変異ショウジョウバエを交配し、子世代で性別によって現れ方が異なることから、形質がX染色体上に存在すると結論づけました。このように、形質が染色体に沿って連鎖して遺伝する現象を示したことは、メンデルの法則を染色体の動きと結びつける画期的な成果でした。さらに、連鎖が完全ではなく組み合わせが入れ替わる「乗換え」現象を見いだし、遺伝子間の距離を計算する方法を確立しました。この研究は遺伝地図作成の礎となり、後のDNA研究へとつながります。今日、遺伝子診断や品種改良など多様な応用が進んでいるのは、この基礎があったからです。彼の成果は、生物学が数学的・定量的手段で解析できる学問へ発展するきっかけを与えました。また、遺伝情報と染色体異常が病気と関係するという現在の医学的視点の出発点にもなりました。

モーガンは、メンデルの分離・独立の法則を細胞学的に説明するため、ショウジョウバエをモデル系として大量交配実験を行った。白眼変異wを用いた交雑解析から、形質がX染色体上に局在する性連鎖の概念を確立し、常染色体と性染色体の機能的差異を明示した。その学生スターテヴァントは組換え頻度を数値化し、遺伝子間距離の線形関係を示して世界初の遺伝子地図を作成した。モーガンは、組換えが減数分裂時の染色体交叉に由来するという仮説を掲げ、光学顕微鏡観察と遺伝解析を統合した。染色体説は後のバーバラ・マクリントックの細胞遺伝学やワトソンとクリックのDNA二重らせん構造の解明にも影響を与え、分子生物学の理論的土台となった。今日のヒトゲノム計画やGWASで使われる連鎖解析やハプロタイプ推定の考え方は、モーガンが確立した手法の拡張形にほかならない。彼はまた、ショウジョウバエを使った遺伝学的スクリーンという実験パラダイムを確立し、モデル生物研究の有用性を示した。その成果により、遺伝子機能の解析が哺乳類や植物にも波及し、生命科学全体の研究速度が加速した。さらに、複数の形質が同じ染色体上に集まることで選択されやすくなるという進化的含意も提唱し、集団遺伝学への橋渡しを行った。これらの歴史的経緯を知ることは、遺伝子編集技術の倫理や医療応用を考える上でも重要である。

モーガンはX連鎖white座位を用いたバッククロスにより、メンデル的比率の歪みを統計的に解析し、X染色体上のユニットファクターの存在を立証した。彼のグループは大量の交配データを集積し、組換え頻度RFの累積値を線形モデルで近似することで、染色体上の遺伝子の一次元配列仮説を検証した。Sturtevantによる1% RF = 1 cMの定義は、現在も遺伝地図単位として機能している。さらに、エピスタシスと多因子形質の遺伝様式を解析し、量的遺伝学の萌芽を促した。モーガンはRing chromosomeやpolytene bandなど細胞学的マーカーを導入し、組換えの物理的基盤がキアズマ形成にあることを支持した。データ解析にはPoisson分布を適用した独立性検定など、初期の統計遺伝学的手法が用いられた。これらはハルデンやフィッシャーの数理遺伝学と融合し、遺伝子頻度動態の理論を強化した。モーガンの研究プラットフォームはショウジョウバエストックセンターと表記体系を整備し、再現性とリソース共有の文化を築いた。Chromosome TheoryはBeadle & Tatumのone gene–one enzyme仮説、さらにはWatson–Crickモデルへと連続的に接続されている。こうした科学的系譜は、現代の機能ゲノミクスやCRISPR/Cas9ゲノム操作技術の基盤として生き続けている。