Watson skráðir í framhaldsnám við Indiana University í Bloomington á skólastyrk. En á Indiana. Watson fram doktorsritgerð sína undir eftirliti Italian bacteriologist Salvador Edward Luria. Rannsóknir Watson áherslu á áhrif röntgengeislum um margföldun á fogu eða baktería veira. Sumarið 1948, Watson og Luria ferðaðist til Cold Spring Harbor Laboratory. Það var fyrsta heimsókn Watson að leikni og hann var þarna til að taka þriggja vikna námskeið, kennt af Max Delbrück, þýskur líffræðingur, sem hafði birt kennileiti ritgerð um íðgu erfðafræði. Watson lauk doktorsgráðu gráðu árið 1950 og þá var eitt ár rannsaka lífefnafræði DNA í Kaupmannahafnarháskóla á National Research Council nýdoktora félagsskap.
Vorið 1951, Watson sótti vísindaráðstefnu í Naples, Ítalía. Það var á þessum málþingi sem Maurice Wilkins, a erfðafræði rannsóknir frá Kings College Laboratory í London, talaði um vinnu X-ray hans á DNA og sýndi ljósmynd hann hafði tekið með tækni. Erindið hafði djúpstæð áhrif á Watson og vakið áhuga hans á viðfangsefninu. Stuttu eftir þetta, Watson heyrt um Linus Carl Pauling s 'módel sýnir hluta uppbyggingu próteina. Innblástur til að stunda þessa línu af vinnu, Watson komið til að aðstoða John Cowdery Kendrew á Cavendish Laboratory í Cambridge, Englandi, til að rannsaka uppbyggingu próteina.
Haustið 1951, Watson kom til Cambridge undir styrk frá National Foundation barnsaldri lömun. Í viðleitni til að spara peninga, bjó hann í herbergi í húsi Kendrew er. Watson komst fljótlega að hann skorti áhuga á próteinum og að hann langaði til að læra DNA. Fljótlega eftir komu á rannsóknarstofu, hitti hann Francis Crick og tveir uppgötvaði fljótt gagnkvæma hagsmuni sína af því að rannsaka DNA. Á þeim tíma, Crick var 35 ára gamall framhaldsnema, tilraunir með prótein. Bæði Watson og Crick ákvað að besta leiðin til að kanna uppbyggingu DNA var að fylgja sömu aðferð Pauling hafði notað til að smíða líkan prótein hans. Í stað þess að nota mikla stærðfræði rökhugsun að leysa vandamál sín, Pauling hafði reit
