În 1964, Temin, apoi profesor asociat la Universitatea din Wisconsin din Madison, a sugerat că un virus ARN ar putea se replica in sine in ADN-ul celulei gazdă. Oamenii de stiinta au criticat ipoteza Temin, deoarece acesta a plecat împotriva gândirii convenționale, care a declarat că informațiile genetice a trecut într-o direcție, începând cu ADN-ul, apoi merge la ARN, și în cele din urmă la proteine. Temin și Baltimore investigat modul un virus ARN, care nu are ADN-ului, a reușit să treacă de informații genetice în celula gazdă. Ambele cercetatorii au descoperit o enzima care au permis virusului monocatenar ARN a se replica in sine si, astfel, a devenit compatibil cu ADN dublu catenar al celulei gazdă.
Deoarece aceasta enzima au permis informației genetice să curgă de la ARN la ADN-l, a fost numit de revers transcriptaza. Pentru această descoperire, Baltimore si Temin a castigat Premiul Nobel din 1975 pentru Fiziologie sau Medicina, care au, de asemenea comun cu Dulbecco.
În 1972, Baltimore a fost numit profesor de biologie la MIT. În cursul cercetărilor sale la MIT, Baltimore si colegii sai sintetizate parțial o genă de mamifer, avansarea astfel domeniul ingineriei genetice. Un an mai târziu, Baltimore a fost numit profesor american Cancer Society de Microbiologie, o întâlnire care include sprijin financiar pentru cercetare de-a lungul vieții sale. De la 1982 la 1990, el a servit ca director al Institutului Whitehead pentru cercetare biomedicala la MIT. În 1990, el a acceptat funcția de președinte al Universității Rockefeller, dar, un an mai târziu, el a fost forțat să demisioneze din funcția din cauza controverselor legate de investigarea om de știință Thereza Imanishi-Kari.
în 1986, în timp ce Baltimore era încă la MIT, Imanishi-Kari a publicat o lucrare de cercetare care prezintă o teorie despre sistemul imunitar bazat pe experimente ea a efectuat pe șoareci. În plus față de Imanishi-Kari, hârtia
