结束之后，德尔布吕克留在美国，他在范德堡大学一方面教授物理学，一方面进行遗传学研究。到了1942年，他与印第安那大学的萨尔瓦多·卢瑞亚（Salvador Luria）指出细菌对病毒的抵抗力，是来自随机突变，而不是适应上的变异。他们的研究被称作「卢瑞亚-德尔布吕克实验」，这项研究利用了数学，来对不同模型作量化预测。德尔布吕克在1947年回到了加州理工学院，担任生物学教授直到1977年。1940年代，德尔布吕克在冷泉港实验室发展了噬菌体遗传学课程，他促进了一个称为噬菌体团队（Phage group）的科学家