Professor Marshall fullendte sin medisinerutdannelse ved University of Western Australia i 1974. Han møtte Robin Warren, en patolog med interesse for gastritt, under spesialiseringen i indremedisin ved Royal Perth Hospital i 1981. Sammen forsket de på sammenhengen mellom spiralbakterier og gastritt. Hypotesen om sammenhengen mellom Helicobacter pylori og mavesår og mavekreft kom i 1982.