No mesmo ano torna-se professor de línguas modernas e linguística geral do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Recebe o título de doutor honoris causa por diversas universidades norte-americanas.
Desde seu primeiro livro, Estruturas Sintáticas (1957), apresenta propostas revolucionárias sobre a lógica gramatical. Propõe três modelos de descrição da linguagem: o da gramática generativa, o da gramática sintagmática e o da transformacional.
Vale-se de aplicações lógicas da matemática para transformar o estudo da gramática em um sistema de regras e consegue estruturar de forma científica a teoria sintática. O método facilita o conhecimento dos processos linguísticos, mas oferece grande dificuldade de aplicação a línguas que não o inglês.