自1951年开始，沃森和克里克先后建立了三个DNA分子模型。他们在建立模型时，不只是考虑其结构，还要始终联系DNA的功能和信息。他们要求建立的模型既要满足物理、化学、数学研究的最新事实，如X射线衍射结果、碱基配对的力学要求，还要满足生化知识，如酮型、氢键、键角等，更要使DNA能解释遗传学和代谢理论，这是一种很先进的思想。
第一个模型是一个三链的结构。这是在对实验数据理解错误的基础上建立的，最终失败。但他们并不气馁，继续搜集材料，查阅资料，富兰克林的B型DNA的X射线衍射照片，查尔加夫的DNA化学成分的分析都曾给沃森和克里克很大启示。他们建立的第二个模型是一个双链的螺旋体，糖和磷酸骨架在外，碱基成对的排列在内，碱基是以同配方式即A与A，C与C，G与G，T与T配对。由于配对方式的错误，这个模型同样宣告失败。尽管这次又失败了，但他们从中总结了不少有益的经验教训，为成功地建立第三个模型打下了基础。 1953年2月20日，沃森灵光一现，放弃了碱基同配方案，采用碱基互补配对方案，终于获得了成功。沃森和克里克又经过三周的反复核对和完善，3月18日终于成功地建立了DNA分子双螺旋结构模型，并于4月25日在英国的《自然》杂志上发表。DNA分子规则的双螺旋结构模型与世人见面了，要点如下：DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链向右螺旋形成的；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连结，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧；两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，即A与T，C与C配对；DNA分子中两条脱氧核苷酸长链中的原子排列方向相反，一条是5’→3’走向，另一条是3’→5’
数个星期之后，沃森和克里克又在《自然》杂志上进一步提出了DNA分子复制的假说——半保留复制机制，它为进一步揭示遗传信息的奥秘提供了广阔的前景。 早在1953年DNA分子结构被发现之前，沃森就对DNA到蛋白质的遗传信息传递路线作出了预测：“DNA→RNA→蛋白质”，但缺少深入分析。1958年，克里克提出了遗传信息的中心法则，将DNA、RNA和蛋白质三种物质可能具有的信息流都画了上去。后来，在人们弄清了三种RNA即mRNA、rRNA、tRNA的存在及作用，知道DNA经过转录可以形成mRNA，mRNA穿过核孔进入细胞质，在以rRNA为主形成的核糖体上，以mRNA为模板，以tRNA为运载工具合成蛋白质后，克里克对中心法则又进行了修改。
1965年，科学家发现了RNA复制酶，说明RNA可以自我复制。1970年，坦明（H．M．Temin）和巴尔的摩（D．Baltimore）在一种RNA病毒侵染的宿主细胞中分离出一种反向转录酶，它能使RNA反常地转向DNA，从而整合到宿主的细胞上去。根据这些实际情况，克里克于1970年再次修改了中心法则，在这次修改中，他认为遗传信息从DNA到蛋白质的直接转移只是一种理论上的假设。
中心法则合理地说明了核酸和蛋白质两类大分子的联系和分工：核酸的功能在于贮存和转移遗传信息，指导和控制蛋白质的合成；蛋白质的主要功能是进行新陈代谢以及作为细胞结构的组成成分。 当DNA分子双螺旋结构公布于世后，人们认识到四种碱基的排列方式包含极大的信息量。如果是一个由100个脱氧核苷酸组成的DNA，那么它所包含的最大信息量将达到4100，这个数字比太阳系所有原子总数还要大1000倍，因此引起科学家极大兴趣，都想来破译遗传密码。人们经推理很明显地看出是4个碱基的排列决定蛋白质中20个氨基酸的排列，简化为数学排列组合只能是4→20，为满足20这个数，4的全排列只能是43=64，这可以为编码20种氨基酸提供足够的信息。三联体密码方案初步建立起来，即mRNA分子中相邻的三个碱基称为三联体，它能决定多肽中的一个氨基酸，所以又把mRNA的三联体称为密码子。
克里克认为不仅存在一个三联体密码字典，可能还有起始密码、终止密码和同义密码。在克里克及众多科学家不懈努力下，1966年遗传密码全部被破译出来：①所有遗传密码都是由三个连续的核苷酸组成；②许多氨基酸的密码子并非一个，而是由许多近似的核苷酸组成，即存在简并码；③3个碱基的64种组合中，有61种可以用于编码各种氨基酸，其中AUG、GUG还是翻译的起始信号，称为起始密码子；另外三种组合不能编码任何氨基酸，它们全部是编码的终止符号，这就是UAA、UAG、UGA，称为终止密码子。由此可以看出，克里克的推测多么准确，使我们看到了一个真正掌握科学脉搏的科学家，他的眼光有多么远大，他的思路有多么清晰呀！
1969年，在克里克及其他科学家的不断努力下，克服种种困难，终于将核酸中的碱基排列与蛋白质合成联系起来，形成了遗传密码表，使人们一目了然，能迅速地掌握氨基酸合成时碱基的三联体密码。人们常把它与门捷列夫的元素周期表相媲美，它是生物学发展史上的重要里程碑。
沃森和克里克创建的DNA分子双螺旋结构模型，在以后的科学研究中得到进一步的证实，极大地推动了分子生物学的发展。1962年，他们双双获得诺贝尔医学和生理学奖。
