Năm 1991 Buck làm giáo sư phụ tá môn sinh học thần kinh (neurobiology) ởĐại học Harvard, nơi bà mở rộng kiến thức vềhệ thần kinh.[2] Quan tâm nghiên cứu chính của bà là tìm hiểu bằng cách nào cácpheromone và cácmùi được nhận ra ở mũi và được làm sáng tỏ ở não.
Trong bài báo mang tính bước ngoặt của Buck và Axel được xuất bản vào năm 1991, các cơ quan thụ cảm khứu giác đượcdòng hóa (cloned) của Buck và Axel, cho thấy rằng chúng thuộc về họ của cáccơ quan thụ cảm kết nối với protein G (G protein-coupled receptor). Bằng cách phân tíchDNA củachuột, họ ước tính rằng có khoảng 1.000gen khác nhau cho các cơ quan thụ cảm khứu giác trongbộ gen củalớp Thú. Nghiên cứu này đã mở cửa cho việc phân tíchsinh học di truyền vàsinh học phân tử của các bộ máy củakhứu giác. Trong việc nghiên cứu sau này của họ, Buck và Axel đã chỉ ra rằng mỗineuron cơ quan thụ cảm khứu giác đáng kể chỉ thể hiện một loại protein cơ quan thụ cảm khứu giác và các đầu vào từ tất cả neuron các tế bào thần kinh thể hiện cùng một cơ quan thụ cảm được thu thập bởi mộttiểu cầu (glomerulus) đơn củahành khứu giác (olfactory bulb).
Năm 2008 và 2010 Buck đã rút lại 3 bài nghiên cứu khi phòng thí nghiệm của bà không thể tái tạo các tài liệu phát hiện.[3][4] Zhihua Zou là đồng tác giả của cả ba bài nói trên, nhưng đã từ chối ký tên rút lại ít nhất một trong 3 bài trên.[5] Công trình này không được coi là chủ yếu cho Giải Nobel của bà.
Buck L, Axel R.A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition. Cell 1991;65:175-87.doi:10.1016/0092-8674(91)90418-XPMID 1840504.
