Plus précisément, il s'est concentré sur l'ARN ribosomal petite sous-unité (SSU RRNA) , qui est un composant crucial du ribosome, la machinerie cellulaire responsable de la synthèse des protéines. L'ARNr est hautement conservé dans toutes les formes de vie, ce qui signifie qu'elle change très lentement au cours de l'évolution. Cela en fait une bonne horloge moléculaire pour tracer les relations évolutives entre les organismes.

Le travail révolutionnaire de Woese a conduit à la découverte du troisième domaine de la vie, le Archaea , qui étaient auparavant regroupés avec des bactéries. Ses recherches ont révolutionné notre compréhension de l'histoire évolutive de la vie sur Terre.