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박테리아에 감염하는 바이러스인 박테리오파지의 발견자로 알려져 있다. 영국의 미생물학자인 F. W. 트워트가 1915년경 데렐에 앞서 박테리오파지를 동정했지만, 이것은 트워트가 자신의 초기 발견들을 인정받거나 연구를 더 진전시키고 싶어하지 않았기 때문에 퇴색되었다.

파리와 라이덴에서 의학을 공부한 후 데렐은 과테말라 시로 가서 시립 병원의 세균학 연구소를 지도하였고 그 지역에 있는 의대에서 미생물학을 가르쳤다. 1909년 멕시코 정부의 도움으로 파리에 있는 파스퇴르 연구소에서 미생물학을 연구하게 되었는데, 그곳에 있는 동안 데렐은 몇몇 곤충에서 장염을 유발하는 것으로 알려진 박테리아에 대한 실험들을 수행했다. 이러한 연구 과정에서 데렐은 박테리아의 젤라틴 배지에 가끔 박테리아가 없는 부분인 투명한 점들이 형성되는 것을 관찰했다.

계속해서 제1차 세계대전중에 프랑스 기병대대를 괴롭힌 이질의 한 형태를 연구하다가 우연하게 투명한 점들의 여과액과 배양된 이질 박테리아를 혼합했다. 이러한 조작의 결과 이질 박테리아는 데렐이 '보이지 않는 미생물'이라고 명명했던 여과액 속의 미확인 물질에 의해 즉시 완전하게 파괴되었다. 데렐은 후에 이 물질을 박테리오파지라고 명명했다. 그 다음해 데렐은 박테리오파지를 박테리아의 감염에 대한 치료 물질로 이용하기 위한 연구를 시도했다.

인도네시아에서 이루어진 인간의 이질과 물소류의 감염성 질병을 대상으로 한 연구 결과로 그는 박테리오파지 분리기술을 완성하고 〈면역에 있어서 박테리오파지의 역할 Le bácteriophage, son rôle dans l'immunité〉(1921)을 출판했다.

그가 박테리오파지를 이용하여 이질과 다른 감염을 치료하는 데는 어느 정도 성공했지만 박테리오파지의 의학적인 이용은 후에 항생제와 다른 약품으로 대체되었다. 데렐은 예일대학교에서 원생물학(당시에 박테리오파지에 관한 연구를 그렇게 불렀음) 과정을 최초로 설치하고, 소련 정부의 요청으로 소련에 몇몇 연구소를 설립했다. 1938년부터 죽을 때까지 파리에서 연구와 실험을 계속했다.