McClintock bắt đầu học tại trường Nông nghiệp Cornell năm 1919. Tại đây, cô tham gia vào hội sinh viên và được mời tham gia một hội nữ sinh, mặc dù cô sớm nhận ra rằng cô không thích tham gia các tổ chức hình thức. Thay vào đó, McClintock đã với âm nhạc, đặc biệt là nhạc jazz. Cô nghiên cứu thực vật học, nhận bằng Cử nhân năm 1923.[10] Mối quan tâm của cô về di truyền học bắt đầu khi cô tham gia khóa học đầu tiên về lĩnh vực này vào năm 1921. Khóa học dựa trên một khóa học tương tự được tổ chức tại Đại học Harvard, và được giảng dạy bởi C. B. Hutchison, một nhà nhân giống cây trồng và nhà di truyền học.[12][13][14] Hutchison rất ấn tượng với sự quan tâm của McClintock, và điện thoại mời cô tham gia khóa học di truyền sau đại học tại Cornell vào năm 1922. McClintock nói rằng lời mời của Hutchison là lý do để cô tiếp tục nghiên cứu di truyền học: "Rõ ràng, cuộc gọi điện thoại này đã làm thay đổi tương lai của tôi. Sau đó tôi đã ở lại với ngành di truyền học."[15] Mặc dù đã có những quy định rằng phụ nữ không được ưu tiên trong ngành di truyền học tại Cornell, và do vậy bằng MS và PhD—bà được trao vào các năm tương ứng 1925 và 1927—được ghi chính thức là trong ngành thực vật học, các tra cứu lịch sử gần đây cho thấy phụ nữ nhận được bằng tốt nghiệp của Khoa Giống cây trồng ở Cornell trong thời gian McClintock đang là sinh viên ở Cornell.[16]

Trong các nghiên cứu sau đại học của bà và được bổ nhiệm với tư cách là một người hướng dẫn môn thực vật, McClintock đã thành lập một nhóm nghiên cứu trong lĩnh vực di truyền học tế bào học mới ở ngô. Nhóm này đã tập hợp các nhà lai tạo thực vật và nhà di truyền học tế bào, và bao gồm Marcus Rhoades, người đoạt giải Nobel tương lai George Beadle và Harriet Creighton.[17][18][19] Rollins A. Emerson, trưởng Khoa Giống cây trồng, đã ủng hộ những nỗ lực này, mặc dù ông không phải là nhà di truyền học tế bào.[20][21]

Bà cũng trở thành trợ lý nghiên cứu cho Lowell Fitz Randolph và sau đó cho Lester W. Sharp, cả hai đều là những nhà thực vật học ở Cornell.[22]

Nghiên cứu di truyền học tế bào của McClintock tập trung vào việc phát triển các cách để hình dung và mô tả các nhiễm sắc thể ở cây ngô. Một phần đặc biệt của nghiên cứu của bà đã ảnh hưởng đến một thế hệ sinh viên, vì nó đã được đưa vào nội dung trong hầu hết các sách giáo trình. Bà cũng đã phát triển một kỹ thuật sử dụng nhuộm màu đỏ yên chi để hình dung nhiễm sắc thể ngô, và lần đầu tiên cho thấy hình thái của 10 nhiễm sắc thể ở ngô. Có được phát hiện này bởi vì bà đã chọn quan sát các tế bào từ tiểu bào tử (microspore) thay vì từ chóp rễ như người khác đã thực hiện trước đó.[20][23] Bằng cách xem xét hình thái các nhiễm sắc thể, McClintock có thể liên kết các nhóm nhiễm sắc thể đặc trưng của các tính trạng được thừa hưởng cùng nhau.[24] Marcus Rhoades cho rằng bài báo của McClintock trên tạp chí Genetics năm 1929 về đặc điểm các nhiễm sắc thể tam bội của ngô đã tạo ra sự quan tâm khoa học đến di truyền tế bào ở ngô, với 10 trong 17 tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này được thực hiện bởi các nhà khoa học Cornell từ năm 1929 đến năm 1935.[25]

Năm 1930, McClintock là người đầu tiên mô tả sự tương tác chéo của các nhiễm sắc thể tương đồng trong quá trình giảm phân. Năm sau, McClintock và Creighton đã chứng minh mối liên hệ giữa sự trao đổi chéo nhiễm sắc thể trong quá trình giảm phân và tái tổ hợp các đặc điểm di truyền.[24][26] Họ đã quan sát bằng cách nào mà tái tổ hợp các nhiễm sắc thể nhìn dưới một kính hiển vi có tương quan với những đặc điểm tính trạng mới.[19][27] Cho đến thời điểm này, các nhà khoa học chỉ được đưa ra giả thuyết rằng tái tổ hợp di truyền có thể xảy ra trong quá trình giảm phân, mặc dù nó chưa được chứng minh về mặt di truyền.[19] McClintock công bố bản đồ liên kết di truyền đầu tiên của cây ngô vào năm 1931, chỉ ra thứ tự của ba gen trên nhiễm sắc thể số 9 của ngô.[28] Thông tin này đã cung cấp dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu trao đổi chéo mà bà công bố cùng với Creighton;[26] họ cũng chỉ ra rằng trao đổi chéo xảy ra ở các nhiễm sắc tử chị em cũng như ở các nhiễm sắc thể tương đồng.[29] Năm 1938, bà thực hiện phân tích di truyền tế bào của tâm động (centromere), miêu tả chức năng và tổ chức của centromere, cũng như phát hiện thấy nó có thể phân chia.[24]

Các công bố đột phá của McClintock, và được sự ủng hộ từ các đồng nghiệp của bà, đã dẫn đến việc bà được trao tặng một số học bổng hậu tiến sĩ từ Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia. Kinh phí này cho phép bà tiếp tục nghiên cứu di truyền học tại Cornell, Đại học Missouri và Viện Công nghệ California, nơi bà làm việc với E. G. Anderson.[16][29] Vào mùa hè năm 1931 và 1932, bà làm việc tại Missouri với nhà di truyền học Lewis Stadler, người đã giới thiệu đến bà phương pháp sử dụng tia X làm tác nhân gây đột biến. Tiếp xúc với tia X có thể làm tăng tỷ lệ đột biến trên mức nền tự nhiên, làm cho nó trở thành một công cụ nghiên cứu mạnh mẽ trong di truyền học. Thông qua nghiên cứu của mình với ngô biến đổi gen bằng X-quang, bà nhận ra nhiễm sắc thể vòng (ring chromosome), hình thành khi hai đầu của một nhiễm sắc thể kết hợp với nhau sau khi bị tổn thương bức xạ.[30] Từ bằng chứng này, McClintock đưa ra giả thuyết rằng phải có một cấu trúc trên đầu nhiễm sắc thể mà bình thường sẽ đảm bảo sự ổn định. Bà đã chỉ ra rằng sự mất mát của các nhiễm sắc thể vòng ở giảm phân gây ra nhiều đốm màu khác nhau (variegation) trong tán lá ngô ở các thế hệ sau khi chiếu xạ do sự xóa nhiễm sắc thể.[24] Trong thời gian này, bà đã chứng minh sự có mặt của vùng tổ chức nhân con (nucleolus organizer region) trên một vùng thuộc nhiễm sắc thể số 6 của ngô, mà cần thiết cho sự hình thành nhân con.[24][29][31] Năm 1933, bà khẳng định rằng tế bào có thể bị nguy hại khi xảy ra hiện tượng tái tổ hợp không tương đồng (nonhomologous recombination).[24][32] Cũng trong thời gian này, McClintock giả thiết rằng hai đầu của nhiễm sắc thể được bảo vệ bằng các telomere.[33]

McClintock đã nhận được học bổng từ Quỹ Guggenheim cho phép bà sang Đức đào tạo sáu tháng trong năm 1933 và 1934.[30] Bà dự định nghiên cứu cùng Curt Stern, người đã chứng minh trao đổi chéo ở nhiễm sắc thể Drosophila chỉ vài tuần sau khi McClintock và Creighton thực hiện tương tự; tuy nhiên, Stern đã nhập cư vào Hoa Kỳ. Thay vì vậy, bà chuyển sang làm việc cùng Richard B. Goldschmidt, người từng lãnh đạo Viện Kaiser Wilhelm.[8] Bà buộc phải rời Đức sớm vì những căng thẳng chính trị ở châu Âu, và trở lại Cornell làm việc tại đây cho đến 1936, khi bà chấp nhận vị trí Phó Giáo sư do Lewis Stadler đề nghị tại Khoa Thực vật ở Đại học Missouri-Columbia.[34][35] Trong khi đang ở Cornell, bà cũng nhận được hỗ trợ hai năm từ Quỹ Rockefeller thông qua các nỗ lực của Emerson.[30]