摩根的實驗室最初使用果蠅來研究獲得的性狀是否可以遺傳。他在黑暗的環境中培養果蠅很多代。根據拉馬克的後天性狀可以遺傳的理論，它的視力應該是逐漸變差的。但結果卻不是這樣。摩根認為實驗是徒勞的。
摩根用果蠅做了壹個重要的遺傳學發現，從壹只白眼果蠅開始，從中他發現了性連鎖遺傳。野生果蠅有紅眼睛，但是在1910，摩根的妻子發現了壹只白眼睛的雄性果蠅。根據遺傳學理論，這是壹種基因突變。隨著這只白眼雄蠅與壹只普通的紅眼雌蠅交配，第壹代果蠅都是紅眼的。根據孟德爾的理論，紅眼是顯性的，白眼是隱性的。第壹代果蠅交配產生第二代。結果雌性果蠅都是紅眼的，而雄性果蠅則是壹半紅眼壹半白眼。如果紅眼果蠅和白眼果蠅的比例是3: 1，符合孟德爾定律。但是為什麽雄性果蠅身上總是出現白色的眼睛呢？
摩根還做了壹個回交實驗，讓第壹代紅眼雌蠅和第壹代白眼雌蠅交配。結果果蠅出生時，兩性都是紅眼睛和白眼睛，這也符合孟德爾定律。
基於這些實驗結果，摩根進行了深入思考，他提出了壹個假說:決定果蠅眼睛顏色的基因位於性染色體中的X染色體上。雄性果蠅的壹對性染色體由X染色體和Y染色體組成，Y染色體很小，上面的基因很少，所以只要它的X染色體上有壹個白眼基因，就會表現出白眼性狀。雌性黑腹果蠅的性染色體是壹對X染色體，因為白眼是隱性性狀，只有在兩條X染色體上都有白眼基因才會表現為白眼。根據這壹假設，上述實驗結果可以得到滿意的解釋。
白眼基因存在於性染色體上，其遺傳規律與性別有關，稱為“性連鎖遺傳”。
色盲和血友病的遺傳也是性連鎖遺傳。色盲患者以男性居多，女性很少。男性色盲患者的子女壹般不是色盲，但他們的孫輩是色盲。過去人們壹直對這種現象感到不解，性連鎖遺傳的概念使人們理解了其中的奧秘。