就在Luria和Delbruck積極合作研究噬菌體的＂互不相容＂現象的機制的同時，一項新的技術在生物學上的應用給他們的研究帶來了新的驚喜，這項技術就是電子顯微鏡技術。自從德國物理學家Hans Busch於1926年發明第一個電磁鏡片以來，科學家們根據電子顯微鏡的作用機理不停地改進設計，希望它能逼近或達到其理論上將一個物體放大107 倍的極限。當時Luria 所能接觸到的電子顯微鏡可以將物體放大84,000倍。
在電子顯微鏡發明之前，由於即使用普通光學顯微鏡（10x 的目鏡和100x 的油鏡）放大1000倍，科學家們也無法看到噬菌體的存在，只好用幾種不同的的方法來間接推算出噬菌體的大小。常用的方法包括：
1）超級過濾（ultrafiltration）。
2）超速離心（ultracentrifugation）。
3）輻射敏感測試（radiosensitivity ）：由Luria率先於1941年使用。
4）擴散法（diffusion） ：由D.M. Hetler 和J. Bronfenbrenner率先於1931年使用。
根據這些方法推測出的噬菌體的大小應該是直徑大約為10～100 nm的顆粒。體積為10 ～100 nm的噬菌體如果能用電子顯微鏡放大84,000倍，其大小大約為0.84～8.4 mm，這完全在常人的視覺分辨力的範圍之內。
於是，Luria與位於新澤西普林斯頓地區RCA研究實驗室的生物物理和化學家Thomas F. Anderson合作，第一次在美國大陸發現大腸桿菌噬菌體是一個＂精子形狀＂的顆粒。噬菌體擁有一個直徑約為 80 nm的球狀的頭部和一個瘦小很多但長度約130 nm的尾部。其頭部是由顆粒狀物體組成的結構並不均勻圖案。如果讓這種顆粒同對它敏感的大腸桿菌混合，只需幾分鐘，它就會很輕易的吸附到大腸桿菌的表面。如果進一步讓它們的接觸時間延長到一定時間，大腸桿菌會被裂解，更多的噬菌體顆粒被釋放出來。Luria通過電子顯微鏡觀察到的噬菌體顆粒的大小與早期通過間接的推算出來的結果基本一致。噬菌體吸附在大腸桿菌表面及導致大腸桿菌裂解所需的時間與Delbruck報道的大腸桿菌逐級吸收和釋放噬菌體的漸進式生長曲線非常一致。
Luria認為，由於其精緻的結構符合大家對生物大分子的理解，以及它的體積與Luria利用X射線輻射推導出來的＂敏感體積＂一致，因此遺傳學家們應該會對他們的這一發現感興趣，雖然他們大多不喜歡Luria用X射線輻射的方式來推算了噬菌體顆粒和基因體積的大小。
的確，當看到Luria和Anderson給他看的噬菌體電鏡照片後，美國第一位研究噬菌體的Bronfenbrenner興奮地用手掌拍了一下額頭，驚嘆地說＂Mein Gott! They’ve got tails!＂(前半句為德語，後半句為英國，意思是：我的天啊！它們還有尾巴呢！）。當時在田納西的范德比爾德大學（Vanderbilt University）教授物理學的Delbruck也馬上就加入到合作的行列，一起利用麻州雪魚角的海洋生物實驗室（Marine Biological Laboratory，Woods Hole）的RCA電子顯微鏡對一系列細菌病毒作了更深入的研究，雖然他對噬菌體不是想象中原子的形狀有點失望。
很不幸的是，由於電子顯微鏡是由德國人發明的，德國人Helmut Ruska已經率先發現了噬菌體的電鏡結構。只是由於第二次世界大戰正在進行中，Luria和美國的生物學家們不知道敵對的德國人當時在這方面的研究進展。Luria和Anderson在論文的背景介紹中引用了Ruska關於細菌病毒的電鏡結構的論文，但認為＂Ruska雖然發現了噬菌體懸浮液中有一種＂精子形狀＂顆粒可以吸附在細菌的表面，但他提供的證據本身並無法確定這些顆粒是噬菌體本身還是細菌的產物＂（Ruska的論文是用德語發表了，用興趣的朋友可以自行查閱作出自己的判斷）。我推測，文章中的這段話可能是在發表之前不久Luria因得到了Ruska的論文而臨時加入進去的
這些工作為Luria贏得了古根漢獎（Guggenheim Fellowship）和他第一份正式的教職：印地安那大學（Indiana University Bloomington）的講師職位（Instructorship）。在印地安那大學工作期間（1943－1950年），Luria發現了那台影響了分子生物學發展進程的老虎機，也培養了他的第一個博士研究生、後來因發現DNA雙螺旋結構而被認為是二十世紀最有影響力的生物學家James Dewey Watson。
