Za 10 let studia dohromady, Luria, Delbrück, a Hershey byl pomocný ve zlepšování znalostí o fágů. V roce 1951, Luria ukázaly, že při bakteriofágy rostou, klony fágů mutantů vznikají náhodnými spontánní mutací. Luria publikoval důkaz, že bakteriofágové geny a geny jiných virů, podstoupí spontánní mutace v procesu, podobným tomu, který bakterií.
V roce 1952, Hershey a jeho asistent, Martha Chase, zkoumali to, co se stane, když bakteriofágů útoku. Zjistili, že fágy ovlivňují DNA bakterií. DNA je látka, která tvoří geny, materiál v buňkách, které určuje vlastnosti organismu. Hershey a Chase prokázal, že, když je fág napadne buňku, fágové DNA se shodí jeho proteinový povlak a přebírá genetické mechanismu bakterií, nutí jej reprodukovat nové viry namísto nových bakterií. To otevřelo dveře k řadě objevů, jak složitější organismy reprodukovat a předávat dědičných znacích.
Luria měl původně představit svůj dokument o spontánní mutací v bakteriofágů na 1953 zasedání Společnosti pro všeobecné mikrobiologie v Oxfordu, Anglie. Nicméně, vzhledem k americkému politickému klimatu poplachu o možné Communist aktivity, vláda popíral Luria vízum pro cestování. Jeho bývalý žák James Dewey Watson četl noviny Luria, který tvrdil, že fág protein, spíše než jeho DNA, provedla genetickou informaci.
Luria se stal profesorem mikrobiologie na Massachusetts Institute of Technology (MIT) v Cambridge , Massachusetts, v roce 1959 na MIT, on vyvinul tréninkový program pro mladé vědce v bakteriálních a virových genetiky. On také studoval biochemii bakteriálních buněčných membrán. V roce 1964 se stal profesorem biologie na MIT. V roce 1965 se také stal rezidentem kolegy z Salk Institute for Biological studií v San Diegu v Kalifornii. Luria založil a stal se ředitelem Centra MIT pro výzkum rakoviny v roce 1974.
Luria také získal proslulost pro jeho myšlenky na několika společenských a politických otázkách. Kritizoval vývoj biologických zbraní a co považoval za nadměrné výdaje Spojených států na svém měsíčním průzkumu
