Оставив вынужденно университет, Эфроимсон вступил в большую науку, как бы минуя период ученичества. Он начал работать в Государственном рентгеновском институте, где изучал действие облучения на мутационный процесс. С. С. Четвериков был арестован и выслан из Москвы (без суда, по приговору «ОСО»). Москву покинули все его ученики, участники знаменитого кружка «Дрозсоор». С 1930 по 1932 г. Эфроимсон работал вместе с учеником С. С. Четверикова Н. К. Беляевым в Закавказском институте шелководства. В 1932 г. он сформулировал принцип равновесия между скоростью мутационного процесса и отбора в популяциях человека и на этой основе предложил способ оценки частоты мутирования рецессивных сублетальных генов у человека. Открытие было высоко оценено одним из основоположников радиационной генетики (будущим нобелевским лауреатом) Германом Меллером. Эфроимсону было предложено место в открывшемся в 1932 г. в Москве Медико-биологическом институте. К сожалению, ни начать работу, ни опубликовать подготовленную статью Эфроимсон не успел. В том же 1932 г. он был арестован по абсурдному обвинению «за участие в антисоветской организации». Ему припомнили посещение в годы студенчества заседаний кружка «вольных философов». Следователь требовал дать показания на Н. К. Кольцова. После твердого отказа последовало осуждение на 3 года.

В 1936 г. Эфроимсону удалось получить работу в Среднеазиатском НИИ шелководства в Ташкенте и продолжить начатые совместно с Н. К. Беляевым исследования. Он жадно погрузился в опыты, по 16-18 ч в сутки, нередко спал тут же, в лаборатории. В итоге работ по генетике тутового шелкопряда им был установлен важнейший общегенетический принцип коррелированного ответа на отбор. Оказалось, что целая серия признаков — вольтинизм (число поколений в год), скорость развития, жизнеспособность, вес кокона — находились под контролем единой гормональной системы.