En 1959, il devient professeur de microbiologie au Massachusetts Institute of Technology (MIT). Il change alors ses objectifs de recherche, en passant des phages aux membranes cellulaires et aux bactériocines. Durant l'année 1963, il travaille à l'Institut Pasteur de Paris, et démontre que les bactériocines détériorent les fonctions des membranes cellulaires. De retour au MIT, son laboratoire découvre que les bactériocines provoquent cette détérioration en formant des trous dans la membrane, ce qui provoque des échanges d'ions, et anéantit le gradient électrochimique de la cellule.
Luria devient membre de l'Académie des sciences des États-Unis en 1960. Avec Max Delbrück et Alfred Hershey, Luria est récompensé en 1969 du le prix Nobel de physiologie ou de médecine. En 1972, il devient professeur au centre de recherche sur le cancer du MIT. Le département où il s'établit inclut alors de futurs prix Nobel : David Baltimore, Susumu Tonegawa, Phillip Allen Sharp and H. Robert Horvitz.
Salvador Luria a reçu également le National Book Award en 1974 pour un livre de vulgarisation scientifique populaire, La vie, expérience inachevée (The Unfinished Experiment). À côté de sa carrière scientifique, Luria était un ardent défenseur de causes politiques. Il rejoint Linus Pauling en 1957 pour protester contre les tests d'armes nucléaires. Il était un opposant à la guerre du Vietnam et il apportait son soutien aux syndicats d'ouvriers. Dans les années 1970, il était engagé dans les débats sur les manipulations génétiques, défendant une position modérée, incluant une surveillance et une régulation, plutôt que des points de vue extrêmes : une interdiction complète ou une totale liberté dans ce domaine scientifique. En raison de ces positions politiques, il fut écarté de la possibilité de recevoir des fonds du National Institutes of Health (NIH) pour une courte période en 1969.
De manière intéressante Luria était un opposant des arbres d'évolution basés sur la phylogénie moléculaire développée par Carl Woese. Cette conception de l'histoire de l'évolution, aujourd'hui acceptée par l'ensemble des biologistes, et amplement démontrée par la génétique, fut en effet vigoureusement combattue à ses débuts.
Il meurt à Lexington dans le Massachusetts d'une attaque cardiaque.