A finales del 19 se consideraba que las características del virus eran infecciosas, filtrables y requerían de un huésped vivo, lo que significa que el virus sólo podía crecer en animales o plantas. En 1906, Harrison inventó un método para el crecimiento de tejido en la linfa; luego, en 1913, Steinhardt, Lisley y Lambert utilizaron este método para cultivar con éxito el virus vaccinia en tejido corneal de cobaya, rompiendo la restricción que el virus necesita para crecer en el cuerpo. . En 1928, H. B. Maitland y M. C. Maitland lograron un nuevo avance cuando utilizaron una suspensión picada de riñones de gallina para cultivar el virus vaccinia. Su método fue ampliamente utilizado en la década de 1950 para la producción a gran escala de vacunas contra la polio.
A principios del siglo XX, el bacteriólogo británico Frederick Towart descubrió un virus que podía infectar bacterias y lo llamó bacteriófago. Entonces el microbiólogo franco-canadiense Fred Heller describió las características de los bacteriófagos: agréguelos a un medio sólido de agar lleno de bacterias y, al cabo de un tiempo, aparecerán las placas dejadas por la muerte de las bacterias. Altas concentraciones de suspensiones de virus matarán todas las bacterias del medio de cultivo, pero con una dilución precisa se pueden producir placas identificables. La cantidad de virus en una solución se puede obtener contando la cantidad de placas y multiplicando por el factor de dilución. Su trabajo inició la investigación en virología moderna.
En 1931, los ingenieros alemanes Ernst Ruska y Max Noll inventaron el microscopio electrónico, que permitió a los investigadores obtener fotografías de la morfología de los virus por primera vez. En 1935, el bioquímico y virólogo estadounidense Wendell Meredith Stanley descubrió que el virus del mosaico del tabaco está compuesto principalmente de proteínas y cristales de virus obtenidos. Posteriormente, logró separar el virus en sus partes de proteína y ARN. Wendell Stanley también ganó el Premio Nobel de Química en 1946 por su descubrimiento. El virus del mosaico del tabaco fue el primer virus que se cristalizó para poder obtener sus detalles estructurales mediante cristalografía de rayos X. La primera fotografía del virus mediante difracción de rayos X fue tomada por Bonnard y Franken en 1941. Del 65438 al 0955, Rosalind Franklin reveló la estructura general de los virus analizando fotografías de difracción de los mismos.
Ese mismo año, Rabe Williams y Collett descubrieron que el ARN y las proteínas de la cápside del virus del mosaico del tabaco aislados y purificados podían reensamblarse en virus infecciosos, lo que también reveló que este mecanismo simple probablemente sea el proceso de ensamblaje de los virus en sus células huésped.
La segunda mitad del siglo XX fue la época dorada del descubrimiento de virus. La mayoría de los virus que infectan a animales, plantas o bacterias fueron descubiertos en estas décadas. El virus de la arteritis equina y el virus que causa la diarrea viral bovina (un virus de la peste) fueron descubiertos en 1957; en 1963, el virus de la hepatitis B fue descubierto por Baruch Samuel Bloomberg; En 1965, Howard Martin Temin descubrió y describió el primer retrovirus; la enzima clave para que este virus transcriba de forma inversa el ARN en ADN, la transcriptasa inversa fue identificada de forma independiente por Howard Temin y David Baltimore en 1970. En 1983, Luc Montagni y su colega Françoise Barr-Sinosi en el Instituto Pasteur de Francia aislaron por primera vez un retrovirus. El virus ahora se llama VIH. Por ello, compartieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2008 con Harald Zulhausen, el científico alemán que descubrió el virus del papiloma humano que causa el cáncer de cuello uterino.