Leta 1964, Temin, nato izredni profesor na Univerzi Wisconsin v Madisonu, je predlagal, da virusa RNA bi se lahko pomnožuje v DNA gostiteljske celice. Znanstveniki kritiziral Temin hipotezo, ker je šel proti konvencionalnega mišljenja, v katerem je navedeno, da je genska informacija opravil v eni smeri, začenši z DNA, potem bo RNA, in končno do beljakovin. Temin in Baltimore raziskovali kako virusa RNA, ki nima DNA, uspelo prenesti svojo genetsko informacijo v celico gostiteljico. Oba znanstveniki ugotovili encim, ki je omogočila virus enoverižne RNA, da se razmnožujejo in s tem postanejo kompatibilen z dvoverižno DNA gostiteljske celice.
Ker ta encim dovoljeno genetsko informacijo, da teče iz RNA z DNK tako, je bil imenovan reverzne transkriptaze. Za to odkritje, Baltimore in Temin osvojil Nobelova nagrada za fiziologijo ali medicino iz leta 1975, ki so tudi skupno z Dulbecco.
Leta 1972, je bil Baltimore imenovan profesor biologije na MIT. V okviru svoje raziskave na MIT, Baltimore in njegovi kolegi delno sintetizirajo gen sesalca, tako napreduje na področju genskega inženiringa. Leto kasneje je bil Baltimore imenovan American Cancer Society profesor mikrobiologije, imenovanje, ki vključuje finančno podporo za raziskave skozi njegovo življenje. Od leta 1982 do 1990 je služboval kot direktor Whitehead Inštitut za biomedicinske raziskave na MIT. Leta 1990 je sprejel položaj predsednika Rockefeller University, vendar, leto kasneje, je bil prisiljen k odstopu z mesta zaradi polemike v zvezi s preiskavo znanstvenik Thereza Imanishi-Kari.
1986, medtem ko je bila Baltimore še na MIT, Imanishi-Kari objavila raziskovalno nalogo, ki opisuje teorijo o imunskem sistemu, ki temelji na poskusih je bilo opravljenih na miših. Poleg Imanishi-Kari, papir našteti pet soavtorji, vključno David Baltimore. Čeprav je v poročilu predlagal netradicionalnih pogled, kako imunski sistem deluje, da so bili podatki iz poročila, in ne teorija, da je sprožilo polemike. Za naslednjih 10 let, je bil zaslišan na celovitost dela Imanishi-Kari je. Baltimore ni bil nikoli obtožen nobene kršitve zakona, ampak tudi zato, bi njegovo ime postalo neločljivo povezano z najdlje preiskavi ZDA v znanstvene goljufije.
