תרומתו המפורסמת ביותר בתחום הביולוגיה המולקולרית התרחשה בשנת 1953 בשיתוף עם ידידו ג'יימס ווטסון (Watson). השניים, שחקרו בעזרת קרני רנטגן את מבנה מולקולת הדאוקסיריבונוקלאיקאסיד, הידועה בשם דנ"א (DNA), הגיעו למסקנה כי היא בנויה בצורת סליל כפול, בדומה לסולם מסולסל.
את המאמר בו הציגו את עבודתם, שהתפרסם בכתב העת Nature באפריל 1953 ושינה את פני מדע הביולוגיה, הם פתחו בשורות הבאות: "ברצוננו להציע מבנה עבור גביש הדאוקסיריבוז נוקלאיק אסיד (דנ"א). למבנה המוצע תכונות חדשות, להן חשיבות ביולוגית רבה."
בשנת 1962 זכו ווטסון וקריק בשיתוף עם מדען שלישי, מאוריץ וילקינס (Wilkins), בפרס הנובל לרפואה על עבודתם עם הדנ"א. גילוי המבנה התלת מימדי של המולקולה פתח, בין השאר, את האפשרות של ריצוף סדר בסיסי הדנ"א, או פיענוח הגנום. רצפי הגנום של יצורים חיים רבים מופו עד היום, בכללם בני האדם.
לאחר מכן המשיך קריק בניסיון פיענוח הקוד הגנטי, לפיו מתורגם המידע בדנ"א לחלבונים. מאוחר יותר עבר לחקר מדעי התודעה במכון סוק לחקר הביולוגיה בקליפורניה. בתחום זה קרא קריק תגר על תיאוריות מקובלות, לפיהן היבטים מסוימים של התודעה באים לידי ביטוי בשינויים פיסיולוגיים במוח.
כאשר נשאל קריק במה היה מעוניין לתרום בעתיד, ענה: "הייתי רוצה להלהיב את הדור הצעיר לקחת חלק בחקר התודעה".
מתוך אתר "הידען".