Watson zapsal v postgraduálním studiu na Indiana University v Bloomingtonu na stipendiu. Zatímco v Indianě. Watson řídil jeho disertační práci pod vedením italského bacteriologist Salvador Edward Luria. Watson je výzkum zaměřený na vliv rentgenového záření na násobení fágu, nebo bakteriálního viru. V létě roku 1948, Watson a Luria cestoval do Cold Spring Harbor Laboratory. To bylo Watsona první návštěva zařízení, a byl tam vzít třítýdenní kurz, učil Max Delbrück, německý biolog, který publikoval mezník dokument o fágů genetiky. Watson dokončil jeho Ph.D. stupně v roce 1950 a poté strávil rok zkoumá biochemii DNA na univerzitě v Kodani na postgraduální stipendia Národní rady pro výzkum.
Na jaře roku 1951, Watson zúčastnil vědeckou konferenci v Neapoli, Itálie. To bylo v tomto sympoziu, které Maurice Wilkins, genetik výzkumník z Kings College Laboratory v Londýně, mluvil o jeho X-ray práci na DNA a ukázal fotografii, který vzal za použití techniky. Přednáška měla hluboký vliv na Watson a zažehl jeho zájem o toto téma. Krátce po tomto, Watson slyšel o Linus Carl Pauling 's modely ukazující částečnou strukturu bílkovin. Inspirován pokračovat v této branži, Watson zařídil, aby pomoc Johna Cowderymu Kendrew u Cavendish laboratoře v Cambridge, Anglie, studovat strukturu bílkovin.
Na podzim roku 1951, Watson přišel do Cambridge v rámci grantu z Národní nadace o dětskou obrnu. Ve snaze ušetřit peníze, žil v pokoji v Kendrew domu. Watson brzy zjistil, že mu chybí zájem proteinů, a že on chtěl studovat DNA. Brzy poté, co přišel v laboratoři, on se setkal Francis Crick a dva rychle objevil jejich vzájemný zájem na zkoumání DNA. V té době, Crick byl 35-letý postgraduální student, experimentování s proteiny. Oba Watson a Crick rozhodl, že nejlepší způsob, jak prozkoumat strukturu DNA bylo sledovat stejnou metodu Pauling použil pro konstrukci své modely bílkovin. Namísto použití rozsáhlé matematického uvažování vyřešit jeho problém, Pauling opírala o jednoduché zákony strukturní chemie. Ten pak vytvořil tvorbě prostorových modelů, které ukázaly, který atomy byly vedle sebe.
