ヘリコバクター・ピロリ
王立パース病院研修医時代（1977年～1984年）の1981年、胃炎の研究を行っていたロビン・ウォレンに出会う。二人は胃炎と関連ある螺旋菌について研究を始めた。1982年ヘリコバクター・ピロリの初期培養を行い、ヘリコバクター・ピロリが胃潰瘍や十二指腸潰瘍と関連がある仮説を立てた。しかし、強酸で満たされたの胃の中ではどのような細菌も生存できないと想定されたため、この仮説は他の科学者や医師たちに冷笑された。1984年マーシャルは仮説を立証するためフリマントル病院で慢性胃潰瘍の患者から取り出したヘリコバクター・ピロリをシャーレで培養し自ら飲み込み10日後に胃潰瘍となった。内視鏡検査で胃炎を併発したことを確認しヘリコバクター・ピロリ菌が病変部位に存在することで「コッホの原則」を全て立証することに成功した。その後、ヘリコバクター・ピロリは2週間で居なくなり、病気は治療すること無しに自然に消失した。この研究によりヘリコバクター・ピロリ菌の存在が認知され、2005年のノーベル生理学・医学賞につながる。