En 1958 descubre la primera anomalía cromosómica conocida en el hombre: la trisomía 21 o Síndrome de Down. Más tarde, junto a sus colaboradores, descubre el mecanismo de otras patologías cromosómicas, como el síndrome de Williams Beuren, el síndrome de Angelman, el síndrome X frágil o el síndrome Rett, abriendo así la vía a la citogenética y a la genética moderna.