Pada akhir 1970an, Axel bersama mikrobiolog Saul J. Silverstein, dan ahli genetika Michael H. Wigler, menemukan teknik kotransformasi, sebuah proses di mana DNA asing dapat dimasukkan ke sel pejamu untuk membuat protein tertentu. Teknik ini merupakan dasar rekombinasi DNA untuk ilmu farmasi dan bioteknologi.
Penelitian utama Axel mengenai bagaimana otak mengartikan indra penghidu, secara spesifik memetakan bagian otak yang sensitif pada reseptor penghidu spesifik.
Pada makalahnya yang diterbitkan pada 1991, Buck dan Azel mengklon reseptor penghidu dan menunjukkan bahwa reseptor tersebut merupakan kelompok pasangan reseptor protein G. Dengan menganalisis DNAtikus, mereka menilai bahwa terdapat kira-kira seribu gen yang berbeda pada resptor-reseptor penghidu di genommamalia. Penelitian ini membuka jalan untuk analisis genetik dan molekuler pada mekanisme penghidu. Dalam penelitian berikutnya, Buck dan Axel telah menunjukkan setiap sel saraf reseptor penghidu benar hanya mengekspresikan satu jenis protein reseptor dan masukan dari semua sel saraf yang diekspresikan pada reseptor yang sama akan dikumpulkan di glomerulus pada bulbus olfaktorius.