Bohr vöktu áhuga Delbrück er í tengslum milli eðlisfræði og líffræði eftir að leggja til að sumir af eiginleikum eðlisfræði fannst vera sama í líffræði. Þetta áhrif stórlega horfum Delbrück er.
Delbrück aftur til Berlínar árið 1932 og varð aðstoðarmaður Lise Meitner. austurrískur fæddur eðlisfræðingur sem gegnt mikilvægu hlutverki í uppgötvun kjarnasamruna (skerandi af kjarna atóms). Meitner var að læra nifteind geislun úran með Otto Hahn, þýskur efnafræðingur sem uppgötvaði ferli kjarnasamruna í 1938. Vísindamenn í Bandaríkjunum fljótlega notað sem uppgötvun í þróun fyrstu kjarnorkusprengju.
Delbrück hitti reglulega í Berlin með hóp af eðlisfræðinga og líffræðingar sem deildi áhuga á erfðafræði. Í áhrifamesta 1935 pappír, Delbrück og rannsóknir félagar hans lagt til að gen að skoða sem sameindir.
Delbrück fluttust til Bandaríkjanna árið 1937, þegar hann fékk annað Rockefeller Fellowship, sem hann notaði til að læra líffræði og erfðafræði á California Institute of Technology (Caltech) í Pasadena. Þar vinna með erfðafræðingurinn Thomas Hunt Morgan, rannsaka hann erfðafræði ávexti fljúga (Drosophila melanogaster), lífveru sem almennt eru notaðar í rannsóknum vegna þess að það hefur stutt æviskeið, og margar kynslóðir getur verið rannsakað án þess að bíða mjög lengi.
Á Caltech, Delbrück hófst aðstoða á bakteríuveiruforðanum rannsóknir. Hann fékk áhuga á erfðafræði bakteríufögu, a tegund af veiru sem sýkir bakteríum frumur. Nafn þess merkir "bakteríur Eater." Í fararbroddi pappír í 1939, hjálpaði hann útskýra hvernig Fögur margfalda í einstökum frumum. Þessi vinna hóf nýtt tímabil veira rannsóknir. Eftir World War II (1939-1945) byrjaði, ákvað hann að vera áfram í Bandaríkjunum. Til baka í Þýskalandi, voru ofsóttir nokkrir meðlimir fjölskyldunnar Delbrück fyrir andstöðu þeirra við nasista.
Árið 1940, Delbrück þáði stöðu sem kennari í eðlisfræði í Vanderbilt University í Nashville. Hann hélt áfram bakterfuf rannsóknir hans á Vanderbilt næstu sjö árum. Delbrück og Mary Adeline Bruce, sem hann hafði hitt á Caltech, gift árið 1941. Þau eignuðust fjögur börn. Delbrück varð b
