Vid Washington University i Saint Louis, Missouri, startade Masters 1957 tillsammans med hustrun Virginia E. Johnson ett banbrytande forskningsprojekt rörande de fysiologiska aspekterna av människans sexualitet. Resultaten publicerades i boken Human Sexual Response (1966; ”Sexuellt gensvar hos människan”). Forskarparets s.k. sexterapi, en behandlingsmodell för sexuella dysfunktioner, beskrevs i