Zur Saison 2018 wechselte er in die MotoGP-Klasse der Motorrad-Weltmeisterschaft. Seine beste Platzierung war Rang acht beim Großen Preis von Australien. Morbidelli wurde mit Platz 15 in der Gesamtwertung bester Debütant und als "Rookie of the Year" ausgezeichnet.