În 1940, Delbrück acceptat un post de profesor de fizica la Universitatea Vanderbilt din Nashville. El a continuat cercetarile sale bacteriofag la Vanderbilt pentru următorii șapte ani. Delbrück și Mary Adeline Bruce, care sa întâlnit la Caltech, căsătorit în 1941. Au avut patru copii. Delbrück devenit cetățean Statele Unite ale Americii în 1945.
În jurul 1940, Delbrück întâlnit Salvador Luria la o reuniune a Asociatiei Americane pentru Progresul Stiintei din Philadelphia. Luria a fost efectuarea de cercetare bacteriofag la Colegiul Medicilor si Chirurgilor de la Universitatea Columbia din New York City. Delbrück vizitat laboratorul Luria, iar cei doi bărbați planificat o serie de experimente. Au împărtășit munca lor prin corespondență și întâlniri ocazionale.
La începutul anilor 1940, oamenii de stiinta stiau putine despre natura virusurilor, organisme microscopice care a sunt o cauza majora a bolilor. Delbrück, Luria, și Hershey, care a fost asociat cu Universitatea Washington Scoala de Medicina din St Louis, Missouri, a avut fiecare efectuat cercetări pe bacteriofagi.
Cele mai multe bacteriofagi au o structură-un cap de sferic elaborat conține un acid nucleic și o coadă gol din proteine, care le permite să penetreze peretii celulelor dure de bacterii. Când un bacteriofag intră într-o bacterie, coada penetrează peretele celular primul. Apoi acidul nucleic în capul se deplasează prin coada și în celulă.
Deoarece virusurile nu pot fi văzute cu un microscop obișnuit, Luria, Delbrück, și Hershey obținut imagini ale bacteriofagi cu microscopul electronic nou inventat. În 1943, folosind o tehnica perfectionata de Delbrück, Luria a descoperit ca virusurile mutate sau schimba caracteristicile lor de la o generație la alta. De lucru independent, Delbrück și Hershey a descoperit în 1946 că diferite tulpini de bacteriofag pot face schimb de material genetic (gene), în cazul în care mai mult de o tulpina infectează aceeași celulă bacteriană. Fenomenul, care au numit recombinare genetică, a fost prima dovada experimentale de recombinare a ADN-ului în viruși.
Pe parcursul a 10 ani de colaborare și de studiu independent, trio-ul a aratat ca particulele de fag, care are o coajă de proteine , este în esență ADN. Hershey în 1952 a demonstrat că atunci când fagul inva
