也逐渐认识细菌与噬菌体（一类专门感染细菌的病毒）。1939年，他与埃利斯（E. L. Ellis）共同发表了一篇论文，标题为《噬菌体的生长》（"The Growth of Bacteriophage"），指出这类病毒的繁殖方式为「单一步骤」，而不是如一般细胞生物是以指数成长方式。1941年，他与玛莉·布鲁斯结婚，两人育有四名子女。二次大战结束之后，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