《基因論》一書的第14、15章，討論的是性別決定問題，第16、17章的內(nèi)容也與此相關(guān)。這個問題的解決，也是摩爾根在遺傳學上的一個重要貢獻。

性別是如何決定的，一直是生物學上關(guān)心的問題。古代人對此曾經(jīng)有過許多猜測。古希臘流傳很廣的一種說法是“左右”學說，認為來自男性右側(cè)睪丸的精液生男孩，來自左側(cè)睪丸的精液生女孩。古代印度則有另一種“左右”學說，認為在女性子宮右側(cè)受孕會生男孩，在子宮左側(cè)受孕會生女孩。還有一種說法，則認為生男生女決定于子宮的溫度，較熱的子宮生男孩，較涼的子宮生女孩，因此勸告想多獲得母羊的牧羊人要在刮北風時給羊配種，而且要讓母羊臀部向著北方。亞里士多德注意到，只有一個睪丸的男子也能既有兒子又有女兒，因此他不相信“左右”學說。他認為生男生女決定于精液的性質(zhì)，稀薄的、水樣的精液生女孩，黏稠的、富有生命熱的精液生男孩，而精液的性質(zhì)則受年齡、體質(zhì)、營養(yǎng)、氣候等多種因素影響。例如，青年男子還沒有足夠的生命熱，老頭子則生命熱衰退，這都較容易生女孩。一直到19世紀，關(guān)于性別決定問題，仍然盛行著種種猜測性的說法。

孟德爾也關(guān)注過性別決定問題。他推測，像其他性狀是由遺傳因子決定的一樣，可能也存在有決定性別的遺傳因子，雌與雄是一對相對性狀。摩爾根對這種說法曾提出質(zhì)疑，他說，如果有性別決定遺傳因子，那么雌雄哪一方是顯性呢？

細胞學研究使關(guān)于性別決定機制的問題有了實質(zhì)性進展。20世紀初，也就是孟德爾定律被重新發(fā)現(xiàn)之后不久，細胞學家注意到，生物雌雄個體的染色體中，有一對有差別。他們認為可能就是這一對染色體決定了性別，因此稱之為性染色體。這種說法是有道理的，但細胞學家沒能給出實驗證據(jù)。還有一個問題也給性染色體學說帶來麻煩，那就是性染色體決定性別的方式是不一樣的。有的細胞學家發(fā)現(xiàn)，雌性的一對性染色體是由相同的兩條染色體構(gòu)成，稱之為XX；雄性的性染色體是由不同的兩條染色體構(gòu)成，稱之為XY?？墒沁€有細胞學家發(fā)現(xiàn)相反的情況，雌性的兩條性染色體不同，稱之為ZW；而雄性的兩條性染色體相同，稱之為ZZ。后來人們知道，性染色體決定生物性別的形式有兩種：哺乳動物、多數(shù)昆蟲、某些魚類和兩棲類以及很多雌雄異株植物，都是XX—XY型；鳥類、爬行類、少數(shù)昆蟲、某些魚類和兩棲類是ZW—ZZ型。但是在20世紀初時，這種不同增加了對性染色體學說的懷疑。先發(fā)現(xiàn)的決定方式是XX—XY型，在人們正對它將信將疑時又發(fā)現(xiàn)了ZW—ZZ型決定方式，懷疑自然就進一步加強了。

摩爾根從白眼果蠅發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳，使他相信性別是由染色體決定的，果蠅的性染色體是XX—XY型。從對白眼果蠅的遺傳研究又發(fā)現(xiàn)了性染色體不分離現(xiàn)象，進一步為性染色體學說提供了有力證據(jù)。

用白眼雌蠅與紅眼雄蠅交配，子代雌蠅都像其父一樣是紅眼，而雄蠅都像其母一樣是白眼，這叫做“交叉遺傳”。根據(jù)果蠅性別決定方式以及紅眼是顯性性狀白眼是隱性性狀，假定白眼雌蠅的基因型是X^wX^w，產(chǎn)生的卵子是X^w，紅眼雄蠅的基因型是X⁺Y，產(chǎn)生的精子是X⁺或Y。X^w型卵子和X⁺型精子結(jié)合是X^wX⁺型，為紅眼雌蠅；和Y型精子結(jié)合是X^wY型，為白眼雄蠅，這樣就解釋了交叉遺傳。但是也有個別例外，大約2000個后代中會有一個白眼雌蠅和紅眼雄蠅，而且這樣的紅眼雄蠅都是不育的。

問題是會有這些例外呢？摩爾根的助手布里奇斯進行了深入研究。他假定，親本白眼雌果蠅生成卵子時發(fā)生了罕見的性染色體不分離現(xiàn)象，產(chǎn)生出了X^wX^w型和不含性染色體的“0”型卵子，X^wX^w型卵子與Y型精子結(jié)合生出了X^wX^wY型個體，它因具有成對的X染色體和成對的隱性白眼基因而表現(xiàn)為白眼雌性，0型卵子和X⁺型精子結(jié)合發(fā)育為雄性，因缺少Y染色體而不育。0型卵子和Y型精子結(jié)合，合子的基因型是Y0，因為Y染色體很小，所攜帶的基因很少，Y0型接近于性染色體缺失，不能成活。X⁺型精子和X^wX^w型卵子結(jié)合，合子的基因型是X^wX^wX⁺，因基因數(shù)目太多也不能成活。細胞學觀察證實了布里奇斯的這一推斷。他又進一步預言，基因為X^wX^wY型的白眼雌蠅，有可能形成X^w、X^wY、X^wX^w和Y四種卵子，與正常紅眼雄蠅交配，合子基因型可能有X^wX⁺、X^wX⁺Y、X^wX^wX⁺、X⁺Y、X^wY、X^wYY、X^wX^wY和YY共8種形式。其中X^wX⁺和X^wX⁺Y發(fā)育為紅眼雌蠅，X^wX^wY發(fā)育為白眼雌蠅，X^wY和X^wYY發(fā)育為白眼雄蠅，X⁺Y發(fā)育為紅眼雄蠅，X^wX^wX⁺和YY型合子死亡。交配實驗結(jié)果及細胞學觀察與布里奇斯的預言一致。由于性染色體不分離而形成的性染色體異常，是細胞學家不曾觀察到的。布里奇斯的這一系列的實驗，清楚地說明了性染色體在性別決定中的作用，學術(shù)界認為是無可懷疑的。

至于染色體決定性別的方式有XX—XY型和ZW—ZZ型兩種，摩爾根認為，雖然形式上看起來似乎是相反的，但從原則上說它們是一致的。后來在ZW—ZZ型決定的動物中也發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳，證明了摩爾根的這種觀點。