双螺旋提出了怎样的检验
1953年，沃森和克里克提出脱氧核糖核酸，即DNA的双螺旋结构，并讨论其遗传学含义。两条互补链可以分别作为形成新链的模板，于是复制后的每个分子保留一条旧链、配上一条新链，这就是半保留复制的设想。然而，结构模型令人信服，并不等于细胞内的复制方式已经被实验看见。
还可以设想旧分子整体保留、另造一个全新分子的保留式复制，或旧材料分散到子代分子中的分散式复制。要区别这些解释，需要跟踪旧材料的去向，并观察连续复制之后的分配。加州理工学院的马修·梅塞尔森和富兰克林·斯塔尔把问题转成能够测量的密度差异，1958年发表了对大肠杆菌的研究。
让新旧材料具有可分辨的重量
他们利用氮的稳定同位素进行标记。含较重氮同位素的营养来源被细菌用于合成细胞物质，其中包括DNA；改用普通较轻的氮来源后，新合成的材料便具有不同标记。这不是以放射性衰变计数，而是借助两种氮同位素造成的密度差，把原来无法凭外观区分的新旧材料变为可追踪对象。
测量依靠氯化铯密度梯度超速离心。在离心形成的梯度中，DNA趋于集中在与自身浮力密度相应的位置，形成能够用光学方法记录的带。梅塞尔森、斯塔尔与杰罗姆·维诺格拉德已在1957年发表有关平衡沉降方法的论文。正因为仪器能分辨很小的密度差，1958年的生物学问题才获得足够敏感的检验手段。
第一代的一条中间带
研究者先使细菌的DNA获得重氮标记，再让培养物在轻氮条件下继续生长，按不同时间取样比较。起始DNA形成较重的带；经过约一代复制，主要出现位于重、轻两者之间的一条带。单独制备的重标记与轻标记材料提供位置参照，使“中间”不是凭肉眼印象命名，而是与已知样品比较得到。
这个结果不符合简单的保留式模型：如果原有双链分子保持完整，第一代就应同时出现旧的重分子与全新的轻分子，而非全部集中在中间位置。不过，一条中间带还不能单独区分半保留与某些分散式解释，因为两者都可以让第一代分子同时含新旧材料。继续观察下一代，才使不同模型的预测进一步分开。
第二代与分子亚单位
经过约两代复制，样品出现中间带和轻带，数量大致相当。按半保留模型，第一代每个分子含一旧一新两个部分，下一次分开复制时，一部分后代继续携带旧标记，另一部分则只含轻标记，因此形成两类密度。简单分散式模型预期每个分子的新旧成分继续混杂，整条带逐渐变轻，不能自然解释这种分成两群的结果。
论文还报告加热变性后的密度变化。第一代中间密度材料经处理后形成两类较小的亚单位，与分别处理重、轻材料所得结果相对应。研究者据此进一步讨论被保留部分的连续性。密度带不是直接拍摄到的两条螺旋链，结论来自标记守恒、代际比例和处理结果共同约束，并与双螺旋模型解释相吻合。
实验回答了什么，又留下什么
1958年论文的直接对象是所用条件下的大肠杆菌DNA。它强力支持旧分子的两个部分在复制后分别进入子代分子，即半保留的分配方式，却没有同时说明复制起点、酶如何工作、链延伸方向或全部生物的复制细节。这些问题需要其他实验。因此，理论提出于1953年、方法发展于1957年、核心论文发表于1958年，应分别标明。
后来这一实验以简洁优美著称，但霍姆斯依据研究记录、通信及访谈重建的历史显示，成果背后有方法探索和多次调整。它可借鉴的不是一张密度带图片就能解决大问题，而是先把竞争模型写成不同预测，再设计能保留时间顺序的标记，并在证据仍不足时继续观察。最终结论的力量，来自每一步比较都限制了可以成立的解释。