Nel 1958 scopre la prima anomalia cromosomica conosciuta nell’uomo: la Trisomia 21 o Sindrome di Down. Successivamente, insieme ai suoi collaboratori, identifica il meccanismo di altre patologie cromosomiche, come la sindrome di Williams-Beuren, la sindrome di Angelman, la sindrome dell’X fragile e la sindrome di Rett, aprendo così la strada alla citogenetica e alla genetica moderna.