遺伝子はDNAに刻まれた情報で、ふつうは親から子へ正確に伝わります。マラーはショウジョウバエにX線を当て、目の色や羽の形が突然変わる個体が大量に生じることを定量的に示しました。彼は線量（浴びたX線の量）が大きいほど突然変異の数が増える『線量応答関係』も発見し、放射線が遺伝子を壊す強力な変異原であることを証明しました。この研究は原子力利用や医療用X線の安全基準、さらには品種改良のための「放射線育種」に大きな影響を与えました。

マラーはX線装置（50–90 kV）を用い、X染色体上の劣性致死・可視形質を指標にした『交差テスト』を考案した。雄ハエに一定線量を照射し、F1・F2世代での突然変異頻度を統計解析した結果、自然発生率と比較して数百倍の変異が誘発されること、さらに線形に近い線量応答関係が存在することを示した。これにより放射線が染色体構造を物理的に切断し、欠失・置換・逆位を引き起こす機序が提唱された。マラーの成果は放射線遺伝学、発がん機構研究、分子進化速度の議論にまで波及し、国際放射線防護委員会（ICRP）のリスク評価にも組み込まれた。

Muller’s X-ray mutagenesis paradigm utilized the sex-linked recessive lethal assay in D. melanogaster, establishing a quantitative LNT (linear-no-threshold) model for germ-line mutation rates. Dose ranges (0.5–40 Gy) revealed a near-linear increase in induced single-gene and multi-locus events, interpreted as double-strand breaks followed by mis-repair. He distinguished segmental aneuploidies from point mutations via cytological analyses of giant salivary-gland chromosomes. The work precipitated intensive studies on radiogenic clastogenesis, influenced the BEAR I & II genetics panels, and remains a cornerstone in contemporary discussions of low-dose stochastic effects and mutational spectra in radiation oncology and space biology.