Come per molti fra i maggiori biologi italiani della sua generazione, tuttavia, il vero spartiacque della carriera del M. fu la prima esperienza statunitense, con un "grant" della Fondazione Rockefeller. Fra il 1949 e il 1951, fu dapprima al Rockefeller Institute di New York, con il biochimico A. Mirsky, poi al Marine Biological Laboratory di Woods Hole (Ma), dove conobbe A. Tyler, allievo di Morgan e fra i maggiori studiosi della fecondazione al mondo, con cui instaurò una collaborazione scientifica lunga e fruttuosa, poi ereditata dalle rispettive scuole. Il laboratorio di Woods Hole fu per il M. un luogo d’elezione, come e forse più della Stazione zoologica: ammesso nel 1955 come membro della "Corporation" di scienziati che possiede e gestisce il centro, fu eletto "trustee" (membro del comitato di gestione) per il quadriennio 1972-76, e quindi "emeritus" negli anni Ottanta. Dai primi anni Cinquanta, vi spese quasi ogni estate, partecipando anche all’attività didattica del centro.