Avviata la collaborazione con François Jacob oltre che quella con Lwoff, nel 1963 i tre possono annunciare la definizione della "teoria dell'operone", quella che porterà al premio Nobel due anni dopo. Si tratta di una teoria che spiega molti fenomeni nella vita dei batteri, che nello stesso tempo fornisce anche nuove linee di ricerca sulle differenze embrionali dei pluricellulari. L'"operone" è un sistema di geni che si autoregolano in maniera coordinata. L'organizzazione sinergica di geni differenti è uno degli aspetti basilari nella regolazione genica dei procarioti. L'operone genera infatti sequenze specifiche, dei "siti di controllo", che regolano i fattori all'interno dell'operone.