Mitchison retourne au Royaume-Uni pour des recherches postdoctorales au National Institute for Medical Research (NIMR) de Londres. En 1988, il retourne à San Francisco où il est nommé professeur assistant à l'UCSF [8]. En 1994, il écrit un article d'opinion pour la revue Chemistry & Biology intitulé "Vers une génétique pharmacologique" qui contribue à lancer le domaine de la génétique chimique [6]. En 1997, il part à l'Université Harvard pour devenir codirecteur de l'Institut de chimie et de biologie cellulaire de la Harvard Medical School[8], où il est le pionnier du dépistage basé sur le phénotype [9], en découvrant la petite molécule monastrol - la première petite molécule inhibiteur de la Mitose qui ne cible pas la tubuline. Il démontre que le monastrol inhibe la kinésine-5, une protéine motrice. En 2003, il devient vice-président du nouveau département de biologie des systèmes, présidé par Marc Kirschner [10],[11]. Il travaille sur des aspects de la biologie mésoéchelle [12] dont l'auto-organisation du cytosquelette [13],[14] et du cytoplasme [15],[16]. Il collabore étroitement avec Christine Field sur le mécanisme de la cytokinèse[17],[18],[19].
Mitchison est élu membre de la Royal Society (FRS) en 1997 pour ses "contributions substantielles à l'amélioration des connaissances naturelles" [20] et est président de l'American Society for Cell Biology (ASCB) en 2010 [21]. Il est élu membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis en 2014 [8] et prononce la conférence Keith R. Porter en 2013.
↑Ishihara, Nguyen, Wuhr et Groen, « Organization of early frog embryos by chemical waves emanating from centrosomes », Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, vol. 369, no 1650, , p. 20130454 (ISSN0962-8436, PMID25047608, PMCID4113098, DOI10.1098/rstb.2013.0454)
↑Ishihara, Nguyen, Wühr et Groen, « Organization of early frog embryos by chemical waves emanating from centrosomes », Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, vol. 369, no 1650, , p. 20130454 (ISSN1471-2970, PMID25047608, PMCID4113098, DOI10.1098/rstb.2013.0454)