Pada 1973 Gross bekerja dengan mahasiswa pasca-sarjananya yang pertama, Frank Wilczek, di Universitas Princeton, menemukan kebebasan asimtotik, yang memegang bahwa quark yang berdekatan satu sama lain, semakin kurang interaksi kuatnya (atau muatan warna) antara mereka; ketika quark dalam "proximity" yang ekstrem, gaya nuklir antara mereka begitu rendah sehingga memiliki kelakuan hampir seperti partikel bebas. Kebebasan asimtotik, secara terpisah ditemukan oleh David Politzer, sangat penting untuk pengembangan chromodinamika kuantum.
Gross, dengan Jeff Harvey, Emil Martinec, dan Ryan Rohm juga menemukan heterotic string.