化学训练与分子测量
梅塞尔森在芝加哥大学取得学位，1957年从加州理工学院获得化学博士学位。他发展用于比较大分子密度的平衡密度梯度离心方法，使DNA等分子能够按微小密度差进行分析。
参考：[1]
与斯塔尔研究DNA复制
梅塞尔森与斯塔尔把这种测量方法用于DNA复制研究。他们利用同位素标记区分新旧材料，1958年发表的实验支持大肠杆菌DNA以半保留方式复制，即每个子代分子保留一条原有链。
重组、信使RNA与修复
他还与让·韦格尔研究DNA分子的断裂和重新连接，并与悉尼·布伦纳、弗朗索瓦·雅各布参与信使RNA研究。1960年到哈佛大学后，他及同事继续研究DNA限制、错配修复等分子机制。