In particolare, si è concentrato sul piccolo RNA ribosomiale della subunità piccola (SSU rRNA) , che è un componente cruciale del ribosoma, il macchinario cellulare responsabile della sintesi proteica. L'RRNA è altamente conservato in tutte le forme di vita, il che significa che cambia molto lentamente nel tempo evolutivo. Questo lo rende un buon orologio molecolare per rintracciare le relazioni evolutive tra organismi.

Il lavoro rivoluzionario di Woese ha portato alla scoperta del terzo dominio della vita, l'archaea , che erano precedentemente raggruppati con batteri. La sua ricerca ha rivoluzionato la nostra comprensione della storia evolutiva della vita sulla terra.