Bohr trezit interesul Delbrück în relația dintre fizică și biologie sugerând că unele dintre atributele de fizica ar putea fi dovedit a fi la fel și în biologie. Acest influențat foarte mult perspectiva Delbrück lui.
Delbrück întors la Berlin în 1932 și a devenit un asistent la Lise Meitner. un fizician austriac de origine, care a jucat un rol esențial în descoperirea fisiunii nucleare (divizarea nucleului unui atom). Meitner a fost studiat de neutroni iradiere de uraniu cu Otto Hahn, un chimist german care a descoperit procesul de fisiune nucleară în 1938. Oamenii de stiinta din Statele Unite folosite în curând că descoperirea în curs de dezvoltare prima bombă atomică.
Delbrück întâlnit în mod regulat în Berlin, cu un grup de fizicieni și biologi care a distribuit un interes in genetica. Într-o lucrare 1935 influent, Delbrück și partenerii săi de cercetare propus ca genele să fie privit ca molecule.
Delbrück emigrat în Statele Unite în 1937, când a primit un al doilea Rockefeller Fellowship, care le-a folosit pentru a studia biologia și genetica la Institutul de Tehnologie din California (Caltech) în Pasadena. Există, de lucru cu genetician Thomas Hunt Morgan, el a investigat genetica de fructe zbura (Drosophila melanogaster), un organism utilizate în mod obișnuit în cercetare, deoarece are o durata de viata scurta, si multe generații pot fi studiate fără a aștepta foarte mult timp.
La Caltech, Delbrück început asistarea pe cercetare fag. El a devenit interesat de genetica de bacteriofag, un tip de virus care infecteaza celulele bacteriene. Numele său înseamnă "bacterii Eater". Intr-un document de pionierat în 1939, el a ajutat explica cum fagi se multiplica in celule individuale. Această lucrare a lansat o nouă eră de cercetare virus. După al doilea război mondial (1939-1945) a început, el a decis să ră
