1910年的一天，摩尔根借助一个放大镜屏气凝神地注视着一只雄性果蝇，被它的“与众不同”深深吸引，那就是它拥有白色的眼睛，而正常情况下果蝇的眼睛都是红色的。摩尔根认定这就是一只突变果蝇，并视如珍宝，因为终于有机会测试孟德尔的遗传定律正确与否了。

摩尔根让这只突变的白眼雄果蝇和正常红眼雌果蝇交配，结果后代都是红眼果蝇，符合孟德尔分配定律预期。接下来，他让这些雌雄果蝇进行自由交配，后代显示红眼果蝇和白眼果蝇的比例为3:1，这与孟德尔结论也很类似。然而，摩尔根却发现了孟德尔没有观察到的现象，那就是所有白眼果蝇均为雄性，而没有雌性。摩尔根对这一现象最初迷惑不解，而后从胚胎学家的视角给出了自己的解释，那就是白眼雌果蝇胚胎发育异常，无法存活。为了验证自己想法的正确性，摩尔根随后让第二代的白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，结果后代有一定数量白眼雌果蝇出现，表明最初的解释存在问题。摩尔根再让白眼雌果蝇与红眼雄果蝇交配，结果后代中雌果蝇均为红眼，而雄果蝇均为白眼。结合这些数据，摩尔根最终得出结论：果蝇眼睛的颜色基因必然定位于X染色体。

1911年，摩尔根在著名的《科学》杂志上发表了自己发现的成果，主要提出三个结论：首先，某些性状（如眼睛颜色）与性别相关；其次，与性别相关的基因（如眼睛颜色）定位于性染色体；最后，作为合理推论，其他与性别无关的基因应该定位于常染色体。

摩尔根这一发现具有里程碑意义，首次将不可见的孟德尔遗传因子（后称“基因”）与可见的染色体实现统一，从而使遗传学的发展迎来新机遇。