Gajdusek schlug darauf hin vor, den Impfstoff gemeinsam mit Tollwut-Antikörpern zu verabreichen, die man aus Kaninchen-Serum gewinnen konnte. Im August 1954 wurde diese Kombinationstherapie bei 18 Patienten angewandt, die von Tollwut-infizierten Wölfen am Kopf verletzt worden waren: Alle Patienten überlebten die Infektion. Seitdem hat sich diese Therapie weltweit zur Behandlung von Tollwut-Infektionen bewährt.
Gajduseks bedeutendste wissenschaftliche Leistung aber war der experimentelle Nachweis einer Gruppe von übertragbaren „spongioformen“ Enzephalopathien. Er erfuhr 1957, dass der neuguineischen Bezirksarzt Vincent Zigas von einer ungewöhnlichen Krankheit – genannt Kuru – berichtet hatte, die im Hochland von Papua-Neuguinea im Stamm der Fore existiere und sich in neurologischen Ausfällen bei Frauen und Kindern äußere. Erstes Symptom sei ein unsicherer Gang, bald kämen Tremor sowie Sprechstörungen hinzu, und binnen Monaten träten zunächst vollständige geistige Umnachtung und schließlich der Tod ein.
Gajdusek vermutete, dass die Ursache der Krankheit in einer Form des rituellen Kannibalismus zu suchen sein könnte, an dem nur Frauen und Kinder beteiligt waren. Gemeinsam mit dem Virologen Clarence Joseph Gibbs Jr. wurden in den folgenden Jahren Experimente durchgeführt, an deren vorläufigem Ende 1966 der Nachweis einer Übertragbarkeit von Kuru auf Schimpansen stand. 1968 gelang es beiden, die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit auf Schimpansen zu übertragen, 1972 folgte der entsprechende Nachweis für Scrapie. 1980 widerlegte Gajdusek zudem die bis dahin existierende Theorie, auch die Alzheimer-Krankheit sei übertragbar. Für die Entdeckung einer neuartigen Klasse infektiöser Erreger, der Prionen, erhielt er 1976 – zusammen mit Baruch Blumberg, der aber auf einem völlig anderen Gebiet geforscht hatte – den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin..