1950年夏天，美国人沃森获得了博士学位。此时的生物学界正在进行一种叫双结构螺旋研究竞赛。结晶学研究的权威、英国的罗莎琳德·富兰克林已成功推出DNA分子有多股链，呈螺旋状。对DNA一无所知的沃森，在丹麦皇家学会听完劳伦斯·布拉格关于DNA的演讲后，决定研究DNA的三维模型结构。
次年秋天，沃森在导师的支持下，以美国公派博士后的身份来到英国剑桥大学卡文迪许实验室工作。在这里，他遇到了比自己年长十几岁的克里克，他们都被DNA结构之谜强烈地吸引着，于是，决定共同研究这一课题。
在建立DNA结构模型的过程中，沃森和克里克借鉴了美国化学家鲍林发现蛋白质结构的过程。他们注意到鲍林的主要方法是依靠X射线衍射的图谱来探讨蛋白质分子中原子间关系的。受此启发，沃森和克里克像孩子们摆积木一样，开始用自制的硬纸板构建DNA结构模型。他们利用了科学家们已经发现的一些证据，如DNA分子是由含有4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；维尔金斯和富兰克林通过X射线衍射法推算出的DNA分子呈螺旋结构的结论等。在此基础上否定了DNA是单链和四链结构的可能，首先构建了一个DNA链结构模型，他们将模型中的磷酸——核糖骨架安置在螺旋内部。但是，以维尔金斯为首的一批科学家在对此结构进行验证时发现，沃森和克里克对实验数据的理解有误，因而否定了他们建立的第一个DNA分子模型。
DNA双螺旋结构模型
在失败面前，沃森和克里克没有气馁，他们第二次构建了一个磷酸——核糖骨架在外部的双链螺旋模型。然而，与他们同室的化学家多诺休从化学角度指出了这个模型的错误，于是，第二次实践又宣告失败了。
1952年春天，奥地利的著名生物化学家查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到的信息是：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。虽然查哥夫1950年就发表了这个结果，但是此时他们才强烈地意识到碱基之间这一数量关系的重要意义。于是，沃森和克里克又兴奋起来，他们经过紧张地工作，克服了一个个困难，终于在碱基互补配对原则的基础上，构建了DNA分子双螺旋结构模型。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X衍射照片比较时，发现两者完全相符。沃森和克里克终于完成了一项具有划时代意义的伟大工作。