1906 年,摩根發現了,雌果蠅細胞裡的四對棒形染色體是成對的;而雄果蠅細胞裡的四對染色體裏,有三對是棒形染色體,有一對是由一對棒形染色體和一個鉤形染色體組成的。棒形染色體稱為 X 染色體,鉤形染色體叫 Y 染色體,也叫性染色體。這個發現告訴摩根,生物性別的遺傳是由性染色體決定的。1910 年的四月,偶然到實驗室來玩的叫做普利地斯的學生發現一個瓶裡有隻果蠅的眼睛跟一般的紅色不一樣,帶著白色。這隻果蠅即成為孟德爾遺傳、染色體遺傳、以及性聯遺傳的奠基石。
這隻白眼果蠅是雄性的,遂使之與另一正常的紅眼雌蠅交配,所生的 F1 全為紅眼果蠅。按孟德爾的觀點,白眼基因對紅眼基因是隱性。再使 F1 自交,則在所生的 F2 中,發現有 3/4 的紅眼果蠅,1/4 的白眼果蠅。這與孟德爾一對性狀遺傳的結果相符,原不足為奇,但是令人感到詫異和值得注意的現象,乃為這些白眼果蠅何以都是雄性?對於此類身體上的某些性別在遺傳上與性別發生直接關連的現象,即稱為性聯遺傳。對白眼果蠅性聯遺傳的正確解釋,是認為白眼基因位於X 染色體上,而 Y 染色體上並無其對偶基因,所以在缺乏對抗的情形下,此一隱性基因所代表的性狀就會單獨表現於雄體。這種伴隨著性別遺傳現象表示著決定雄性的遺傳子和白色眼睛的遺傳子有密切的關係,摩根看到了一個孟德爾沒有想過的問題,其重要線索控制白眼基因在 X 染色體上。接著查了種種變異體的結果,知道了那種關係一共有四種集團。果蠅有四種染色體,所以那些事實暗示著遺傳子規則地排在染色體上面。摩根調查了六百種之多的變異體之後,於 1926 年著作「遺傳學說」,確立了「染色體遺傳學說」。