L’expérience :
Des bactéries sont cultivées sur un milieu ne contenant que de l’azote lourd (15N, sachant que l’azote « naturel » est 14N). Leur ADN est donc composé avec des atomes d’azote lourd.
Ces bactéries sont ensuite placées sur un milieu ne contenant que de l’azote léger 14N. L’ADN maintenant synthétisé sera donc constitué d’azote 14N, le seul présent dans le milieu. Les divisions des bactéries sont synchronisées.
Le schéma suivant présente les molécules d’ADN suivant les trois hypothèses :
L’azote lourd est représenté en bleu et l’azote léger en rouge.
Résultats :
Pour savoir quel modèle est le bon, l’ADN des bactéries est extrait après la première, la deuxième et la troisième réplications (rappelons nous que les divisions ont été synchronisées donc toutes les bactéries sont au même stade de leur cycle cellulaire en même temps), placé dans une solution de chlorure de Césium et centrifugé. La position des ADN est repérée par une mesure de la densité optique. Cette manipulation permet de séparer les molécules d'ADN selon leur poids. Le résultat est le suivant :

Après la 1ère division (donc première réplication de l’ADN), il n’y a que de l’ADN hybride (contenant 14N et 15N). Ensuite, après la deuxième réplication, il y a de l’ADN hybride et de l’« ADN 14N ». Cette configuration ne peut correspondre que à l’hypothèse du modèle semi-conservatif.L’expérience de Meselson et Stahl démontre donc que la réplication de l’ADN se fait selon un modèle