După moartea lui Franklin în 1958, Klug a preluat funcția de director al Structura virus Research Group. În 1962, sa mutat la Klug laborator nou înființate Consiliului Medical Cercetare de Biologie Moleculara la Cambridge. Klug a contribuit la dezvoltarea laborator pentru a o lume de renume pentru excelenta. În 1986, el a fost numit director al întregului laborator.
El a retras de la laborator in 1996 si a devenit un coleg de Peterhouse College, Universitatea din Cambridge, și desfășoară activități de cercetare cu privire la structura de proteine de legare de ADN care reglementa gene expresie. El a fost presedinte al Societatii Regale 1,995 la 2,000.
contributie cele mai remarcabile Klug a fost în curs de dezvoltare o tehnica numita microscopie electronica cristalografica, care a folosit electroni, mai degrabă decât undele luminoase pentru a produce imagini mărite. Cristalografie cu raze X în monoterapie nu a fost adecvat pentru determinarea structurii biologice a tuturor moleculelor. O altă tehnică a fost de a utiliza microscopul electronic, care a fost capabil de măriri uriașe. Cu toate acestea, imaginile rezultate au fost două-dimensional, nu oferind astfel o reprezentare cu adevărat corectă a structurii unei molecule de.
Obiectivul Klug a fost de a combina într-un fel aceste două proceduri pentru a ajunge la o reprezentare exactă tridimensional. El a motivat că ar putea fi posibil de a supune Micrografiile, plăcile fotografice pe care microscopul electronic imprimate imagini de bidimensionale a unei substanțe, a X-ray cristalografie ei înșiși. Prin captarea vedere o anumită substanță din mai multe unghiuri diferite, și apoi aplicarea difractie de raze X la fiecare dintre microscopice, structura exactă ar putea fi compilate.
Realizarea de succes în acest obiectiv a fost un proces lung și complex, care implică analiza matematică cele mai sofisticate, dar în cele din urmă Klug a fost capabil să perfecționeze tehnica acum cunoscut sub numele de microscopie electronica cristalografice. Prin această procedură structurile și funcționarea a numeroase proteine, viruși, cromozomi, și alte materiale biologice au devenit accesibile, o descoperire care a dus nu numai la noi descoperiri semnificative în domeniu, dar la noi domenii întregi de investigație științifică, de asemenea. 1982 Premiul Nobel Klug a recunoscut această realizare și, de asemenea
