La scoperta della trascrittasi inversa, fatta contemporaneamente con Howard Temin, che propose l'ipotesi provirus, scosse il dogma centrale della biologia molecolare mostrando che l'informazione genetica poteva passare bidirezionalmente tra DNA ed RNA. Pubblicarono queste scoperte nella prestigiosa rivista Nature. Questa scoperta fu diffusa come prova che gli approcci molecolari e virali per comprendere il cancro avrebbero portato a nuove cure per le devastanti malattie. Questo può aver influenzato la guerra contro il cancro del presidente Richard Nixon che iniziò nel 1971 e aumentò i fondi di ricerca per la malattia. Nel 1971, a 34 anni, Baltimore fu onorato come professore di Biologia al MIT, posto che tenne fino al 1997. Nel 1975, a 37 anni, Baltimore condivise il premio Nobel per la medicina con Howard Temin e Renato Dulbecco. La citazione dice: "per le loro scoperte riguardo l'interazione tra virus tumorali e il materiale genetico della cellula." A quel tempo, il più grande contributo di Baltimore alla virologia fu la sua scoperta della trascrittasi inversa.