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폐렴구균류(Pneumococcus)에 대한 연구로 면역화학의 기초를 확립했고, 그뒤 이것은 분자유전학의 기초가 되었다.

1913년 뉴욕 시에 있는 록펠러 의학연구소의 연구진에 합류하여 대엽성 폐렴에 관한 연구에 참여했다. 이 연구의 첫번째 성과 중 하나는 폐렴을 유발하는 박테리아가 나중에 복합 탄수화물인 다당류로 밝혀진 특이한 화학물질로 이루어진 캡슐 막을 형성한다는 것이었다. 또한, 이 다당류 막이 박테리아의 독성과 면역학적 특이성에 따라 달라진다는 것을 설명했다. 이러한 연구들은 독성과 면역성이 세포의 생화학적 성분에 의해 분석될 수 있다는 사실을 증명했고, 면역화학을 확립하는 데 도움을 주었다.

그후 캡슐이 없는 박테리아에 캡슐을 합성하는 박테리아에서 추출한 물질을 소량 첨가했을 때 캡슐이 형성되는 형질전환(形質轉換)을 연구했다. 이러한 변화는 형질이 전환된 세포의 다음 세대에도 계속하여 유전된다.

1944년에 그의 동료들과 함께 형질전환을 일으키는 물질이 디옥시리보핵산(DNA)이고 이것이 세포의 기본적인 유전물질이라고 발표했다. 그 당시까지 대부분의 학자들은 단백질이 유전물질이라고 생각하고 있었으므로 에이버리의 이러한 발견은 유전적 암호 해석의 새 장을 열게 되었다.