莱德伯格在耶鲁大学与导师塔特姆共同进行细菌的有性繁殖研究。他们起初进行了多次不同菌株之间的遗传杂交,这样做可以获得一种带有各自亲代基因的新菌株。他们断定,细菌能够完成一种叫做接合的有性繁殖,即细菌间DNA的单向转移。
他们观察到跟踪的遗传标记表现得像是连锁基因,其特征是以直线序列方式置入染色体,如果它们沿同一染色体排列一切将会是正确的。莱德伯格后来论证了第二种方法,通过这种方法基因能够在细菌间转移,即转导。在这个过程中,一种病毒充当了遗传交换的一种媒介(载体)。
莱德伯格的研究证明了几种方法的同时存在,通过这些方法,细菌可以交换遗传物质。莱德伯格应用大肠杆菌首先阐明了细菌、细胞结合引起的有性繁殖,从而证明了遗传因子的重组现象,从而使细菌和高等生物一样成为遗传学的研究模式之一。
由于在耶鲁大学发现细菌遗传重组现象的巨大成就,莱德伯格受到了威斯康星大学的邀请。1947年,他前往威斯康星大学任教,任教授、遗传学系主任。莱德伯格与他的学生、同事在细菌遗传学研究方面又取得了丰硕的成果。1952年,他们发现了细菌的F因子和沙门氏菌中的普遍性转导。1953年,他们又证明结构基因和起调节作用的基因之间的关系,同年莱德伯格获得了伊莱·利利奖。1956年,他们又发现λ噬菌体能进行局限性转导,同年莱德伯格获得了伊利诺斯细菌学家协会巴斯德奖。莱德伯格凭借这几项科学成果,奠定了20世纪下半叶遗传学的基础,为细菌遗传学研究建立了许多重要的实验操作方法,极大地推动了该领域的快速发展。