基因研究发展到细胞学水平之后，遗传学面临的历史任务便是解决“基因究竟是什么？”的问题了。摩尔根在他的经典著作《基因论》中，就已经提出“基因是某种化学实体”的猜测。摩尔根及其弟子尤其是美国的缪勒相信，基因是某种化学分子，基因是通过化学过程而起作用的。他们进而认为，经典的物理学和化学方法最终能说明生命现象。
研究基因的化学本质，单靠遗传学的力量已经不够，需要有生物化学家与物理学家的共同努力。不同领域的科学家从不同方向为研究“基因是什么”付出心血，在分子遗传学的酝酿时期形成了三大学派：信息学派、生化学派和结构学派。
德尔布吕克是信息学派的先驱者之一。德尔布吕克曾经是丹麦著名物理学家、诺贝尔奖获得者玻尔的研究生。1932年，玻尔在哥本哈根举行的国际光疗会议上发表了《光和生命》的著名演讲，应用物理学的概念来解释生命现象。
德尔布吕克的早期生物学思想是什么？
这个著名演讲使德尔布吕克深受启发，使他“对于广阔的生物学领域将揭示的前景充满了热忱，并准备迎接挑战”，转而研究生物学，“选择了一条把遗传学与物理学结合在一起的道路。”
1935年，德尔布吕克与前苏联遗传学家梯莫菲也夫-雷索夫斯基和物理学家齐默尔合作，应用物理学概念研究果蝇的X射线诱变现象，建立了一个突变的量子模型。由三人共同署名的论文题为《关于基因突变和基因结构的性质》，由德国哥廷根的科学协会通讯刊登，这篇论文代表了德尔布吕克的早期生物学思想，可以认为是量子遗传学的最早开端。
1937年，德尔布吕克前往美国加州理工学院——当时世界的遗传学中心。在加州理工学院，德尔布吕克与摩尔根及其弟子们来往密切。他犹豫不决地接受了基因作为“分子”的看法，但又坚持，这种“分子”决不是处于随机碰撞和化学平衡中的分子，细胞中的化学反应是高度专一的，各个反应彼此常常保持独立。尤其重要的是，基因仅以一个或两个副本存在，它不可能是满足一般化学平衡所需的大量分子，而且基因代代相传，在结构上异常稳定，抵御着不确定性的降解。
用噬菌体作生物学研究材料有哪些优越性？
1938年，一种寄生于大肠杆菌（生活在人体或动物大肠中的一种细菌）中的小小病毒——噬菌体，进入了德尔布吕克的视界。德尔布吕克与噬菌体可谓“一见钟情”，噬菌体碰上了德尔布吕克经过长期物理学方法论训练的有准备的头脑。噬菌体在分子生物学中的地位，犹如氢原子在玻尔量子力学模型中的地位，氢原子只有一个核外电子和一个核内质子。用噬菌体作生物学研究材料有着极大的优越性：它易于繁殖，在半小时内，就能依赖一个细菌细胞繁殖出数百个子代噬菌体；在培养基中，因为它们分解细菌而出现透明的噬菌斑，因而易于计数；噬菌体只含有蛋白质外壳和核酸内含物两种生物大分子，结构异常简单——氢原子结构与噬菌体结构惊人的可比性以及在玻尔和德尔布吕克师徒两人开创性成就中的作用与之类似，难道仅仅是历史的巧合吗？噬菌体的特性符合德尔布吕克的想法：“在每一个有机体中，所发现的许多高度复杂和特殊的分子，其起源有一个极大的简单性”。德尔布吕克与另一位生物学家爱利斯一道发展了研究噬菌体的方法以及分析实验结果的数学方法，但这里并没有开创性的发现，开创性的发现期待着另一位英雄的到来。