回美国后,他全身心地投入到研制电报的工作中去。他拜著名的电磁学家亨利为师,从头开始学习电磁学知识。他买来了各种各样的实验仪器和电工工具,把画室改为实验室,夜以继日地埋头苦干。他设计了一个又一个方案,绘制了一幅又一幅草图,进行了一次又一次试验,但得到的是一次又一次失败。在深深的失望之中好几次他想重操旧业。然而,每当他拿起画笔看到画本上自己写“电报”字样时,又为当初立下的誓言所激励,从失望中抬起头来。
他冷静地分析了失败的原因,认真检查了设计思路,发现必须寻找新的方法来发送信号。1836年,莫尔斯终于找到了新方法。他在笔记本上记下了新的设计方案:“电流只要停止片刻,就会现出火花。有火花出现可以看成是一种符号,没有火花出现是另一种符号,没有火花的时间长度又是一种符号。这三种符号组合起来可代表字母和数字,就可以通过导线来传递文字了。”我们如今看起来是多么简单的事啊!但莫尔斯是世界上第一个想到用点、划和空白的组合来表示字母是多么不容易啊!这种用编码来传递信息的构想是多么伟大,多么奇特!这样,只要发出两种电符号就可以传递信息,大大简化了设计和电报传输线装置。莫尔斯的奇特构想,即著名的“莫尔斯电码”,是电信史上最早的编码,是电报发明史上的重大突破。
莫尔斯在取得突破以后,马上就投入到紧张的工作中去,把设想变为实用的装置,并且不断地加以改进。1844年5月24日,是世界电信史上光辉的一页。莫尔斯在美国国会大厅里,亲自按动电报机按键。随着一连串嘀嘀嗒嗒声响起,电文通过电线很快传到了数十公里外的巴尔的摩。他的助手准确无误地把电文译了出来。莫尔斯电报的成功轰动了美国、英国和世界其他各国,他的电报很快风靡全球。
19世纪后半叶,莫尔斯电报已经获得了广泛的应用。