1951年，沃森加入卡文迪许实验室，就是为了利用这里的优秀资源来研究DNA结构。而克里克精通物理学，有着多年X射线衍射实验经验。沃森和克里克达成共识后，就开始共同积极研究DNA模型，但由于DNA晶体内的螺旋结构排列并不太具有规律，所以它并不能像普通晶体那样轻易得到清晰的衍射图。

当时除了沃森和克里克，威尔金斯实验室和美国的鲍林团队同样在进行DNA结构的研究。鲍林通过X射线衍射确定了蛋白质的结构，后来获得了诺贝尔化学奖，成为分子生物学的奠基人之一。面对有着深厚底蕴的两大团队，还没做出过什么重要研究的沃森和克里克，无异于初出茅庐的无名之辈。经过一段时间的研究后，他们认清了现实，决定登门拜访威尔金斯教授，向他请教。

恰好在1950年年底，一位叫罗莎琳德·富兰克林的女科学家，被校方安排进了威尔金斯实验室。富兰克林曾是居里夫人的学生，在X射线衍射领域颇有建树。威尔金斯误以为她是被安排来替代他工作的，两人的关系一度比较紧张。而当时DNA的X射线衍射工作，也的确主要是富兰克林在做，她还采购了当时最先进的设备来得到最佳的X射线衍射图像。

当沃森和克里克找到威尔金斯时，威尔金斯分享了自己团队的数据，对两人提供的DNA模型提出了自己的意见。这一次会谈结束后，威尔金斯决定给予两人技术支持。

1951年11月，富兰克林拍摄出了更为优质的衍射照片，威尔金斯亲自来到剑桥大学，主动向沃森和克里克分享最新的研究照片和数据。富兰克林得知沃森等人在用模型搭建DNA结构后，提出了强烈的反对意见，她认为在研究结果知之甚少的情况下进行建模是不切实际的。

得知鲍林团队也在研究DNA结构，沃森和克里克对新数据的分析有些急躁，以至于在匆忙中发布了一个错误的模型。这个错误很快被富兰克林发现并指出。就在这时传来一个消息，鲍林也建立了DNA的螺旋模型，是一种三螺旋的α螺旋。只要看过富兰克林的衍射图谱，便能证明鲍林是错的。但在当时，鲍林并没有获知剑桥大学研究成果的条件。

沃森和克里克继续积极改进模型。克里克曾向威尔金斯描述了他们原本模型的错误，并请他与富兰克林提供帮助。随后，不仅威尔金斯向他们提供了最新的、还没有发表的X射线衍射图像，甚至富兰克林也在1952年向他们提供了她自己做的一些图像分析。

解读DNA晶体X射线衍射图谱，需要用到十分复杂的数学计算。为了搭建DNA模型，克里克还系统进行了相关知识的学习。在威尔金斯和富兰克林的帮助下，沃森和克里克手中的DNA模型，已经越来越接近最终结果。

1952年年底，富兰克林的助手高斯林拍出了一份质量极高的X射线衍射图片。这张照片后来被人称为“有史以来拍摄的任何物质中最美丽的X射线照片之一”。

1953年1月，富兰克林通过这个衍射图谱确定了DNA的初步结构，并开始撰写相关的论文。2月28日，威尔金斯也把这张高质量的图谱交给了沃森和克里克两人。这张清晰的X射线衍射图谱让两人兴奋不已，克里克情不自禁地说，他们找到了生命的秘密。为了确定碱基之间的结构和分配，他们甚至邀请了数学家为他们计算分子之间的引力。