Pe parcursul a 10 ani de studiu împreună, Luria, Delbrück, și Hershey au avut un rol în promovarea cunoștințelor despre fagi. În 1951, Luria aratat ca atunci cand cresc bacteriofagi, clone ale mutanți fagi apar prin mutații spontane aleatoare. Luria a publicat dovada că genele bacteriofag și gene de alte virusuri, sunt supuse mutatii spontane într-un proces similar cu cel al bacteriilor.
În 1952, Hershey și asistentul său, Martha Chase, a investigat ceea ce se întâmplă atunci când atac bacteriofagi. Ei au descoperit că fagii afectează ADN-ul de bacterii. ADN-ul este substanța care sunt alcătuite genele, materialul în celulele care determină caracteristicile unui organism. Hershey și Chase confirmat faptul că atunci fagul invadează o celulă, ADN fagul lui aruncă învelișul său proteic și preia mecanismul genetic al bacteriilor, forțând-o să reproducă noi viruși în loc de noi bacterii. Acest lucru a deschis ușa la numeroase descoperiri de modul in care organismele mai complexe reproduce și transmite caracteristicile ereditare.
Luria a planificat să prezinte lucrarea sa pe mutație spontană în bacteriofagi la 1953 reuniune a Societatii pentru Microbiologie generala in Oxford, Anglia. Cu toate acestea, din cauza unui climat politic american de alarmă cu privire la o posibilă activitate comunistă, guvernul a negat Luria o viză pentru călătorie. Fostul sau elev James Dewey Watson citit hârtie Luria, care a susținut că proteina de fag, mai degrabă decât ADN-ul său, efectuat informatia genetica.
Luria a devenit profesor de microbiologie la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), în Cambridge , Massachusetts, în 1959. La MIT, el a dezvoltat un program de instruire
