Watson zapísal v postgraduálnom štúdiu na Indiana University v Bloomington na štipendiu. Kým v Indiane. Watson riadil jeho dizertačnej práci pod vedením talianskeho bacteriologist Salvador Edward Luria. Watson je výskum zameraný na vplyv röntgenového žiarenia na násobenie fágov, alebo bakteriálneho vírusu. V lete roku 1948, Watson a Luria cestoval do Cold Spring Harbor Laboratory. To bolo Watsona prvá návšteva zariadení, a bol tam vziať trojtýždňové kurz, učil Max Delbrück, nemecký biológ, ktorý publikoval medzník dokument o fágov genetiky. Watson dokončil jeho Ph.D. stupňa v roku 1950 a potom strávil rok skúma biochémiu DNA na univerzite v Kodani na postgraduálne štipendiá Národnej rady pre výskum.
Na jar roku 1951, Watson zúčastnil vedeckú konferenciu v Neapole, Taliansko. To bolo v tomto sympóziu, ktoré Maurice Wilkins, genetik výskumník z Kings College Laboratory v Londýne, hovoril o jeho X-ray prácu na DNA a ukázal fotografiu, ktorý vzal za použitia techniky. Prednáška mala hlboký vplyv na Watson a zapálil jeho záujem o túto tému. Krátko po tomto, Watson počul o Linus Carl Pauling 's modelmi ukazujúci čiastočnou štruktúru bielkovín. Inšpirovaný pokračovať v tejto brandži, Watson zariadil, aby pomoc Johna Cowderymu Kendrew u Cavendish laboratória v Cambridge, Anglicko, študovať štruktúru bielkovín.
Na jeseň roku 1951, Watson prišiel do Cambridge v rámci grantu z Národnej nadácie o detskú obrnu. V snahe ušetriť peniaze, žil v izbe v Kendrew domu. Watson čoskoro zistil, že mu chýba záujem proteínov, a že on chcel študovať DNA. Čoskoro potom, čo prišiel v laboratóriu, on sa stretol Francis Crick a dvaja rýchlo objavil ich vzájomný záujem na skúmanie DNA. V tej dobe, Crick bol 35-ročný postgraduálny študent, experimentovanie s proteínmi. Obaja Watson a Crick rozhodol, že najlepší spôsob, ako preskúmať štruktúru DNA bolo sledovať rovnakú metódu Pauling použil pre konštrukciu svoje modely bielkovín. Namiesto použitia rozsiahle matematického uvažovania vyriešiť jeho problém, Pauling opierala o jednoduché zákony štruktúr
