Boras sukėlė Delbrück susidomėjimą tarp fizikos ir biologijos atžvilgiu teigiant, kad kai kurie požymiai fizikines galėtų būti nustatyta, kad biologijos pati. Tai labai įtakojo Delbrück pasaulėžiūrą.
Delbrück grįžo į Berlyną 1932 ir tapo prie Lise MEITNER asistentas. Austrijos gimęs fizikas, kuris suvaidino svarbų vaidmenį branduolių dalijimosi (iš atomo branduolio skilimas) atradimas. Meitner mokėsi neutronų apšvitos urano Otto Hahn, Vokietijos chemikas, kuris atrado branduolių dalijimosi procesą 1938 mokslininkų iš JAV netrukus naudojami, kad atradimas kuriant pirmąją atominę bombą.
Delbrück reguliariai susitiko Berlynas su fizikų ir biologų, kad pasidalinau genetikos interesų grupės. Be įtakingo 1935 popieriaus, Delbrück ir jo mokslinių tyrimų partneriai pasiūlė, kad genai būti žiūrima kaip molekulių.
Delbrück emigravo į Jungtines Amerikos Valstijas 1937 m, kai jis gavo antrą Rokfelerio stipendija, kurią jis naudojamas studijuoti biologijos ir genetikos Kalifornijos technologijos instituto ("Caltech") Pasadenoje. Ten, dirbant su genetikas Thomas Hunt Morgan, jis ištyrė drozofilos (Drosophila melanogaster), organizmo paprastai naudojami tyrimams, nes ji turi trumpą gyvenimo trukmę, ir daug kartų gali būti tiriamas nelaukiant labai ilgai genetiką.
Tuo Caltech, Delbrück pradėjo padedančioms fago tyrimus. Jis susidomėjo iš bakteriofago A viruso tipas, kuris užkrečia bakterijų ląstelių genetiką. Jo pavadinimas reiškia "bakterijos Eater". Novatorišką popieriaus 1939, jis padėjo paaiškinti, kaip fagus daugintis atskirų ląstelių. Šis darbas pradėjo naują erą viruso tyrimams. Po Antrojo pasaulinio karo (1939-1945) pradžios, jis nusprendė likti JAV. Atgal į Vokietiją, keli nariai Delbrück šeimos buvo persekiojami dėl jų atsparumą nacių režimo.
1940 m Delbrück priėmė poziciją kaip instruktorius fizikos Vanderbilt universiteto Nešvilyje. Jis tęsė savo bakteriofago tyrimus Vanderbilt per ateinančius septynerius metus. Delbrück ir Marija Adeline Bruce, kuriam jis susitiko Caltech, susituokė 1941 Jie turėjo keturis vaikus. Delbrück tapo JAV piliečiu 1945
Apie 1940 Delbrück susitiko Salvadoras Luria esant Amerikos asociacijos susitikime dė
