Capecchi, insieme ai colleghi Martin Evans e Oliver Smithies, è stato insignito del Premio Nobel per la Medicina del 2007 per la messa a punto di tecniche che, attraverso l'utilizzo di cellule staminali embrionali, permettono di generare animali caratterizzati dall'assenza di uno specifico gene. Queste tecniche, dette di "gene targeting", hanno portato i tre biologi alla messa a punto del primo "topo knockout", nel quale alcuni specifici geni sono stati resi inoperativi. L'assegnazione del Nobel non ha dunque colto di sorpresa la comunità scientifica, che già da tempo utilizzava la sua tecnica di "gene targeting" per "costruire" topi portatori di mutazioni genetiche. Tale approccio si è rivelato di fondamentale importanza per lo studio in vivo della funzione dei geni, ed ha avuto un grande successo nella comunità scientifica. Quindi il "gene targeting" sta contribuendo in modo significativo allo studio di molte malattie come il cancro, oltre che allo studio dei processi di embriogenesi, ed alle discipline dell'immunologia e della neurobiologia.