自1951年開始，沃森和克裏克先後建立了三個DNA分子模型。他們在建立模型時，不只是考慮其結構，還要始終聯系DNA的功能和信息。他們要求建立的模型既要滿足物理、化學、數學研究的最新事實，如X射線衍射結果、堿基配對的力學要求，還要滿足生化知識，如酮型、氫鍵、鍵角等，更要使DNA能解釋遺傳學和代謝理論，這是壹種很先進的思想。
第壹個模型是壹個三鏈的結構。這是在對實驗數據理解錯誤的基礎上建立的，最終失敗。但他們並不氣餒，繼續搜集材料，查閱資料，富蘭克林的B型DNA的X射線衍射照片，查爾加夫的DNA化學成分的分析都曾給沃森和克裏克很大啟示。他們建立的第二個模型是壹個雙鏈的螺旋體，糖和磷酸骨架在外，堿基成對的排列在內，堿基是以同配方式即A與A，C與C，G與G，T與T配對。由於配對方式的錯誤，這個模型同樣宣告失敗。盡管這次又失敗了，但他們從中總結了不少有益的經驗教訓，為成功地建立第三個模型打下了基礎。 1953年2月20日，沃森靈光壹現，放棄了堿基同配方案，采用堿基互補配對方案，終於獲得了成功。沃森和克裏克又經過三周的反復核對和完善，3月18日終於成功地建立了DNA分子雙螺旋結構模型，並於4月25日在英國的《自然》雜誌上發表。DNA分子規則的雙螺旋結構模型與世人見面了，要點如下：DNA分子是由兩條平行的脫氧核苷酸長鏈向右螺旋形成的；DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連結，排列在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側；兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結起來，形成堿基對，即A與T，C與C配對；DNA分子中兩條脫氧核苷酸長鏈中的原子排列方向相反，壹條是5’→3’走向，另壹條是3’→5’
數個星期之後，沃森和克裏克又在《自然》雜誌上進壹步提出了DNA分子復制的假說——半保留復制機制，它為進壹步揭示遺傳信息的奧秘提供了廣闊的前景。 早在1953年DNA分子結構被發現之前，沃森就對DNA到蛋白質的遺傳信息傳遞路線作出了預測：“DNA→RNA→蛋白質”，但缺少深入分析。1958年，克裏克提出了遺傳信息的中心法則，將DNA、RNA和蛋白質三種物質可能具有的信息流都畫了上去。後來，在人們弄清了三種RNA即mRNA、rRNA、tRNA的存在及作用，知道DNA經過轉錄可以形成mRNA，mRNA穿過核孔進入細胞質，在以rRNA為主形成的核糖體上，以mRNA為模板，以tRNA為運載工具合成蛋白質後，克裏克對中心法則又進行了修改。
1965年，科學家發現了RNA復制酶，說明RNA可以自我復制。1970年，坦明（H．M．Temin）和巴爾的摩（D．Baltimore）在壹種RNA病毒侵染的宿主細胞中分離出壹種反向轉錄酶，它能使RNA反常地轉向DNA，從而整合到宿主的細胞上去。根據這些實際情況，克裏克於1970年再次修改了中心法則，在這次修改中，他認為遺傳信息從DNA到蛋白質的直接轉移只是壹種理論上的假設。
中心法則合理地說明了核酸和蛋白質兩類大分子的聯系和分工：核酸的功能在於貯存和轉移遺傳信息，指導和控制蛋白質的合成；蛋白質的主要功能是進行新陳代謝以及作為細胞結構的組成成分。 當DNA分子雙螺旋結構公布於世後，人們認識到四種堿基的排列方式包含極大的信息量。如果是壹個由100個脫氧核苷酸組成的DNA，那麽它所包含的最大信息量將達到4100，這個數字比太陽系所有原子總數還要大1000倍，因此引起科學家極大興趣，都想來破譯遺傳密碼。人們經推理很明顯地看出是4個堿基的排列決定蛋白質中20個氨基酸的排列，簡化為數學排列組合只能是4→20，為滿足20這個數，4的全排列只能是43=64，這可以為編碼20種氨基酸提供足夠的信息。三聯體密碼方案初步建立起來，即mRNA分子中相鄰的三個堿基稱為三聯體，它能決定多肽中的壹個氨基酸，所以又把mRNA的三聯體稱為密碼子。
克裏克認為不僅存在壹個三聯體密碼字典，可能還有起始密碼、終止密碼和同義密碼。在克裏克及眾多科學家不懈努力下，1966年遺傳密碼全部被破譯出來：①所有遺傳密碼都是由三個連續的核苷酸組成；②許多氨基酸的密碼子並非壹個，而是由許多近似的核苷酸組成，即存在簡並碼；③3個堿基的64種組合中，有61種可以用於編碼各種氨基酸，其中AUG、GUG還是翻譯的起始信號，稱為起始密碼子；另外三種組合不能編碼任何氨基酸，它們全部是編碼的終止符號，這就是UAA、UAG、UGA，稱為終止密碼子。由此可以看出，克裏克的推測多麽準確，使我們看到了壹個真正掌握科學脈搏的科學家，他的眼光有多麽遠大，他的思路有多麽清晰呀！
1969年，在克裏克及其他科學家的不斷努力下，克服種種困難，終於將核酸中的堿基排列與蛋白質合成聯系起來，形成了遺傳密碼表，使人們壹目了然，能迅速地掌握氨基酸合成時堿基的三聯體密碼。人們常把它與門捷列夫的元素周期表相媲美，它是生物學發展史上的重要裏程碑。
沃森和克裏克創建的DNA分子雙螺旋結構模型，在以後的科學研究中得到進壹步的證實，極大地推動了分子生物學的發展。1962年，他們雙雙獲得諾貝爾醫學和生理學獎。