卢里亚从都灵大学医学系毕业之后，当过两年军医，后来又进入罗马大学教授辐射医学。他对物理学也很了解，这在医生中非常少见。拜此所赐，时任罗马大学物理学教授的恩利克·费米（主攻辐射物理学、核物理学）也以他为知己。费米是曼哈顿计划的核心人物，但这时的卢里亚恐怕想也没想过这份交情在关键时候竟然会挽救自己的研究生命。在这一时期，他还找到了打开未来大门的钥匙——他看到了德尔布吕克的论文。卢里亚正巧也认为，想要解开生命现象之谜，需要一种单纯的实验体系。
1938年获得诺贝尔奖的费米，在前往斯德哥尔摩参加颁奖典礼之后，就逃亡美国。他因为妻子是犹太人而遭到了墨索里尼政府的迫害。而卢里亚也因为人种歧视而从研究岗位上被撤职，在费米前往美国的同一时期逃亡法国。
卢里亚还没安顿下来，纳粹就开始侵略法国，他在逃往美国的过程中险些丧命（1940年）。卢里亚一抵达美国，就将名字和中间名改成了英语读法。他可能已经打定了主意，再也不回祖国去了。
多亏闻名世界的费米尽力相助，卢里亚成了哥伦比亚大学的公费留学生，他很快便与德尔布吕克取得了联络。当年冬天，德尔布吕克与卢里亚两人在费城举办的美国物理学会上会面，他们的交谈非常投机，难以想象这不过是他们的初次见面。
之后，两人便常常相互探访，到了第二年（1941年）夏天，他们开始在纽约郊外的冷泉港实验室一同开展试验。他们邀请对噬菌体感兴趣的研究者前来参观，逐渐积累起口碑，两人的噬菌体实验研究会不知不觉间开始被称作是每年惯例的“夏令营”。第二次世界大战结束后，以这个夏令营为中心的研究者团体在世界范围内扩散开来，他们被称作“噬菌体团队”。这个团体，是分子生物学最早期的一大浪潮。
德尔布吕克独具慧眼之处在于，统一了噬菌体团队在实验中所使用的大肠杆菌和噬菌体的种类，让团队成员们的实验数据可比较。实验生物的标准化在如今已经是理所当然的事情了，不过在那时，这一要求是非常先驱性的尝试。全世界的实验结果也因此能够整合起来，研究也得以顺利推进。
德尔布吕克接连拿出了许多研究成果，进入了加州理工学院工作；卢里亚也在全美历史最悠久的州立大学——印第安纳大学找到了一份工作。
卢里亚灵光一闪
在两人的共同研究中，最为重要的就是关于大肠杆菌突变的研究。大肠杆菌在感染噬菌体后会溶解，但其中也有一些会产生耐性（抗性）的。关于噬菌体变异出耐性的原因，有两种说法。
其一，是大肠杆菌自身所具有的生理性环境响应机制（在这里特指对噬菌体的响应）；其二，是自然出现的突变。不过，即便发现大肠杆菌出现了变异，但却无法区分这究竟是突变，还是接触噬菌体所导致的变异。
卢里亚怎么也想不出个好法子来，为了散心，就和朋友一起去参加聚会游玩。聚会上，大家都围着老虎机[1]欢闹个不停，唯有卢里亚很是清醒，“反正也肯定中不了”。朋友却很起劲地说“万一中了呢”，拉动着老虎机的拉杆，硬币却是越花越多。卢里亚苦笑着说“你看吧”，却没想到此时发生了奇迹。朋友竟然中了头奖。奇迹一次又一次地发生，朋友赚得盆满钵满。这时的卢里亚也意识到自己中了头奖。“原来是这样，我明白了！”卢里亚的喊声响彻聚会现场。他终于找到了能够分辨大肠杆菌变异情况的方法。
卢里亚灵光一闪的想法，可以简单地这样说明：如果大肠杆菌是因为接触噬菌体而变异出了耐性菌，那么只要保持噬菌体和大肠杆菌混合的浓度及培养条件不变，那么耐性菌出现的比例就总会是相同的；而如果耐性菌是因为突变产生的，那么即便培养条件相同，耐性菌也总会是随机出现的。这就像是在老虎机上抽中头奖一样！
