Estudió Física en la Universidad de Gotinga, amplió estudios posteriormente en Dinamarca, Suiza y Gran Bretaña.

Sus trabajos, con los que obtuvo el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1969 (compartido con Salvador Edward Luria y Alfred Day Hershey), versaron sobre los virus bacteriófagos.

En 1937, Delbrück dejó la Alemania nazi para irse a Estados Unidos —primero California, luego Tennessee— y se convirtió en ciudadano estadounidense en 1945.

Delbrück estudió astrofísica , pasando a la física teórica , en la Universidad de Göttingen .

[3]​ Conoció a Wolfgang Pauli y Niels Bohr , quienes le interesaron por la biología .