摩尔根一辈子都不相信价格昂贵的设备，这也是霍普金斯的影响。马丁希望学生养成脚踏实地的作风。他认为，搞重复实验是生物系用以纠正毛里毛躁的学生的办法。照他的话说，这种人的特点是“一心想马上就搞复杂的课题……以为……实验室里备有自动化设备——某种‘生理灌肠机’，从这头塞一头动物进去，只消把扳手一拉，在另一头就会得出很有价值的发现。”
一旦学生通过了这种考验，从半吊子变成了严肃的科学家，那么，生物系就会给他提出一个需要研究的课题，放手让他去决定自己的研究方法和实验手段，然后对研究结果进行评价。布鲁克斯有一次解释他不重视摩尔根的同窗好友康克林是基于他自己对达尔文自然选择说的坚定信念。他觉得，让学生们自己独立探索而不凭借外界的帮助，是为学生好。的确，他曾对康克林的博士论文课题提出过很糟的意见。不过，大量事实证明，在很多优秀生物学家（其中也包括康克林）成长的道路上，这种教育方法的确是成功的。
霍普金斯大学的拥护者中，曾有人偶尔争辩说，对科学采用实验的方法是19世纪末霍普金斯大学的首创。其实也并非如此。16和17世纪的科学家已经开始对多少世纪以来被视为定论的希腊人的著作提出质疑。公元1世纪的盖伦在他的书中说心脏里有一块骨头；16世纪，维塞利亚斯终于解剖了一个人的心脏，发现里面并没有骨头，他还勇敢地宣布了自己的发现。到17世纪，人们通过实验进一步证明血液的循环是由于心脏的作用。证明这一事实的医生成廉·哈维还用实验的方法研究海洋动物得出结论说，几乎所有的动物都是由卵子发育而成的，而父母双方对新一代的生物体作出的贡献是相等的，从而推翻了亚里士多德认为胚胎是雄性一方产生的，雌性一方只是为胚胎提供滋养的说法。科学工作者要自己通过实验来研究生命过程，这种新的态度影响深远，解放了思想，产生了许多重大成果。1839年，细胞被证明是生物的基本单位。在摩尔根上大学前后几年里，欧洲出现了一系列互相关联的重大发现，这主要是细胞学家们的功绩。学术界出现了一批专门从事细胞研究的专家，这本身就是19世纪科学的重大发展，这时确证了精于是睾丸产生的而不是血液中产生的，这使科学家们大为惊讶（我们至今还有“纯血统印第安人”这种说法）。在显微镜下，人们看到了精卵融合的过程，定名为“受精”。1375年在细胞核中发现了能着色的物质，命名为“染色体”。1887年发现蛔虫的受精卵的染色体一半来源于父本，一半来源于母本。总而言之，在摩尔根上大学和读研究生的初期，科学家们在人类历史上第一次认识了受精所需的条件，他们准备进一步实验，以图发现这些神秘的染色体在胚胎发育过程中的具体作用。
霍普金斯大学的“一切通过实验”的原则，摩尔根很快就接受了。这很符合他的口味。他本人就恪守对一切事物都要亲自证明的信条。他全心全意拥护这些教授们的指导原则，后来还责难布鲁克斯哲理有余而实验不足。
摩尔根在霍普金斯大学的最初几年，着手从事他自己的第一项实验工作，逐渐形成了他在1907年发表的《实验动物学》一书中表达的基本原则。他说：
实验方法的本质在于要求每一种见解（或假说）都必须通
过实验的检验，然后才得以承认其科学地位。
就实验科学的问题而言，我们要求找出某一事件发生的
条件，而且，只要有可能，我们要控制这种条件而人工地重复
这一结果。事实上，控制自然现象乃是实验研究的目的……
研究者必须……养成一种对一切假说（特别是对自己提出的
假说）的怀疑心理，而且一旦证明其谬误，要勇于抛弃之。
摩尔根能够摒弃不真实的东西，也就是摒弃那些经过他自己的实验证明为虚假的东西，即使他自己也曾一度认为它是真理，这就使他拥有少数科学家才具备的灵活性，使他不怕犯严重错误，犯了就纠正，然后又回到思想的前锋位置。
摩尔根正在向他要终身研究的课题迈进。在进行胚胎学与再生现象研究之初，他对一个大难题作尝试性的探索：细胞是靠什么调节和控制的？在摩尔根一生中，这一问题始终以各种不同的形式萦绕于他脑际。他写道：
动物和植物的生长是实验研究的广阔天地。在一定条件
下，我们看见一个小动物越长越大，但长到一定体积，它就慢
慢停止生长。虽然这一动物还能再活许多年，但生长已经停
止了。是什么促使它生长？为什么又会停止生长？……我们说
它死于“自然死亡”（这似乎是不可避免的），但仅仅是因为我
们在通常情况下看到死亡必然发生。然而，假若我们把条件
加以改变，有没有希望使它的生命延长呢：
为什么大多数动物的雌雄数是大体相等的？有没有什么
外界的作用？如果有，控制性别的又是什么东西？究竟是外界
条件还是内部条件决定一个卵子变成雄的而另一个卵子又变
成雌的？即使存在着内部的机制，它也会受到外部条件的影
响。无论如何，我们必须弄清产生雌雄两种性别的起因。
摩尔根过后在同一本书中写道：“动物学研究中最突出的问题是动物经历了形态变化——一方面表现在卵子发育过程中的变化（胚胎学），一方面表现在整个时间过程中的变化（即进化论）。”显而易见，摩尔根在霍普金斯大学期间常常接触到各种进化论理论，尤其是他在工作上同布鲁克斯有那么密切的联系。霍普金斯大学的教师们是些达尔文主义者，不但生物学教师，大多数其它学科的教授也是，而布鲁克斯在大学校园内外都是达尔文的鼓吹者。1883年出版了他最著名的著作《遗传的规律》。这本书拥有广大的读者，他把它奉献给一年前逝世、安葬在威斯特敏斯特教掌的达尔文。在课堂上，在同学生进行的长时间的哲理讨论中，在切萨皮克动物学实验室和各个试验站，布鲁克斯把大部分精力用来启发学生对遗传的兴趣。1883和1884年夏天他曾与威廉·贝特森共事。贝特森后来从事孟德尔遗传学的初期的（但是重要的）研究，成了首先向英国科学界和医学界介绍孟德尔遗传定律的遗传学家。这位英国遗传学家承认布鲁克斯是第一位提出“对遗传生理应独立进行研究”的人。摩尔根不接受这种提法，至少当时没有接受，虽然他自己的有关再生现象的研究导致他去探究生物的适应性的变化，然后又研究自然选择，这样就为他走上正在就达尔文的理论进行激烈辩论的舞台作好了准备，摩尔根对于布鲁克斯的哲学态度多少有些不信任，这也许对他之倾向于搞胚胎学而疏远进化论有所影响。他对于搞进化论一直不感兴趣，不过他还是就这个题目写了五本书。
如果真如摩尔根所说，他来霍普金斯大学读研究生是因为另外无事可干，那么，到了霍普金斯以后他可就找到了可干的事情啦。他第一年的生物学成绩是全班之冠。他如饥似渴地学习，埋头研究生物学，两年之后成了地地道道的行家。他在切萨皮克动物学实验室及其各分部从事过研究，又参加了巴哈马群岛的科学考察。他第一篇论文刊登在马丁编辑的小型专业杂志上。摩尔根这篇四页长的文章报告了用壳多糖溶剂溶解掉蟑螂卵周围的角质的条件。其它还有几篇文章正在整理：一篇记载蛙的繁殖习性和胚胎发育；一篇描述柱头虫幼虫的生长与变态；还有一篇描述眼斑圆趾蟹的舞蹈。这些文章以及另外几篇很快就出现在《美国博物学家》、《大众科学月刊》（后来该杂志的科学性远远超过了普及性）和《形态学杂志》上。他的这些研究大多是描述性的，但反映出摩尔根在形态学和生理学方面的深厚功底以及他严密的科学方法。这使得他有能力从事影响他以后大半生的实验。
在霍普金斯大学学习了两年，到1888年，摩尔根已具备被授予肯塔基州立学院理科硕士学位的资格，因为这个学院的研究生培养计划十分简单：只需在另一院校深造两年，再经肯塔基州立学院的教师们验收合格即可成为硕士。摩尔根先前的老师们更向前迈了一步：以全票通过授予他正教授职称。
当时，比他先去霍普金斯大学的肯塔基州立学院的校友约瑟夫·卡斯尔已回到列克星敦，任普通化学、有机化学、农业化学教授，而且仍留在那儿组建农业试验站。也许，摩尔根的初衷也和卡斯尔一样，是口到母校去工作。肯塔基州立学院对于摩尔根的答复显然满有把握。以至于事先就把他的名字印在学校1888…1889学年度的计划中：托马斯·亨特·摩尔根，理科硕士，博物学教授。如果他回去了，他就会填补克兰德尔留下的空缺。当时克兰德尔由于不满意该校的理科教学计划愤而辞职。但这时摩尔根已另有打算，他将留在霍普金斯大学。
当时摩尔根家里相当拮据。父亲争取一官半职的努力连连落空，他只好受雇当人寿保险公司的工作人员，但仍然没有固定的工作。母亲体质单薄，一方面是由于气喘病，一方面也许是当时上流社会妇女的时尚，她到附近一个疗养胜地疗养，活到很老的年纪。妹妹内利上了州立学院的预科。弟弟查尔顿拿不准他能干什么工作。当时二十二岁的摩尔根是全家唯一可凭本事挣钱的人。幸而他还没落到非这样不可的地步。他得到了一笔优厚的奖学金。这种奖学金竞争者甚多，它为霍普金斯大学早年培养出高材生创造了条件。奖学金的标准是每年500美元，差不多等于一个青年教师的年薪，不过，由于1888年财务亏损，校理事委员会要求学生自付学费，所以算下来实际只有400元。摩尔根说，这样一来，他还得过一年学生的穷日子，但他为能够继续他的研究计划，完成他的博士论文而兴高采烈。他不愿花精力去州立学院搞繁重的本科生教学，去整顿那个刚具雏形就为克兰德尔同彼得的争执而弄得一团糟的生物系。他是作为一名博物学家到霍普金斯大学去的（而且，有时使很多更为专门化的科学家惊讶的是，博物学在摩尔根整个一生中一直是重点），但他到霍普金斯后发现了实验生物学。当他在那封致肯塔基州立学院帕特森院长的有礼貌的谢绝信中提到自己的工作时，摩尔根说得不大具体。在他心目中，这项“工作”内容庞杂，时间紧迫，容不得半点犹豫。他说：“我面前工作成堆，现在停下来就意味着永远也别想前进，这样，不但是我本人，而且连你也会遗憾的。”
在巴尔的摩写这封信后不久，他搭火轮去波士顿，从那里改乘火车折向东南，行程约70英里，到了马萨诸塞州的伍兹霍尔。伍兹霍尔是海滨一个偏僻的小村庄，曾是个捕鲸中心，现在是海洋生物实验室所在地。这个实验室是一年前成立的，目的在于继续推进在阿尼科姆的教学和研究计划，也就是摩尔根在1886年曾专过的那个阿尼科姆。格尔夫斯特里姆暖流和来自缅因湾和拉布位多的寒流交汇于伍兹霍尔，因而把形形色色的海洋生物带到这里，同时，全美各地的大专院校的各类生物学家也不约而同地汇集到这个地方。
海洋生物实验室同先前由阿加西斯等美国生物学家建立的海洋试验站一样，与德国动物学家安东·多恩1872年建立的那不勒斯动物试验站一脉相承。只要是参观过那不勒斯试验站的美国生物学家，全都希望在美国也建立起同样的试验站——在大洋岸边选一块地，附近有方便的各种海洋生物资源，具有不同兴趣爱好的生物学家可以聚在一起轻松愉快地工作。伍兹霍尔这个小小的实验中心必须经过许多年的努力才可能做到基本这样。建站头四年，只有一个实验室，是在78英尺宽、120英尺长的一块地上的简易木建筑物里。过了整整十四年的时间才筹集到足够的资金在海岸边买下了土地。这些年里，海洋生物实验室一直借用美国渔业局1885年在伍兹霍尔的土地以及他们的部分实验室、设备和人员。海洋生物实验室也利用了一些当地已经破产的捕鲸企业留下的空房。不过，从一开始，霍普金斯的布鲁克斯就协助组建这个实验室，大学本身也支持这个实验室，并为它招募人员，也就是让一部分师生参加这方面的工作。
几个海洋生物试验站的建立对于美国生物学研究的发展和生物学教学方向的转变很可能是个至关重要的因素。那时，描述生物学仍然是主流，主要是研究生物机体的构造。肯塔基州立学院的博物学教学很具代表性。对于很多科学家来说，生物学好比是一个完整的博物馆，把死的标本加以收集和分类。但海滨建立的这些实验室，如伍兹霍尔那一类，代表着另一种研究方法，它们研究的是活的生物机体的各种功能。在芝加哥大学生物学家查尔斯·O·惠特曼教授的指导下，海洋生物实验室的学生们逐渐认识了生活在自然界中的生物，然后趁这些生物还活着时把它们帯回实验室，在人工控制的条件下加以研究，而研究的方法渐渐侧重于生理学的和实验的方法。
不过，最初几年内，重点仍然摆在形态学研究上。但即使是形态学，也与过去有所不同，人们的注意集中于完整的生物体。所以，实验室里来了新人，人们不会问他是搞哪门专业，而是问他搞哪种动物。摩尔根搞的是海蜘蛛。把摩尔根带到伍兹霍尔来的是布鲁克斯，他现在指导摩尔根的博士论文，建议摩尔根搞海蜘蛛类动物蜘蛛蟹的系统分类学，换句话说，也就是要确定蜘蛛蟹在林奈物种分类系统中的准确位置。林奈本人曾首先提出这个问题，而安东·多恩提供的标准答案是，蜘蛛蟹不是蜘蛛，而是像龙虾那样的甲壳纲动物。摩尔根别出心裁，研究了蜘蛛蟹的胚胎发育，证明把它们分入蜘蛛纲是正确的。1890年，摩尔根