木村於1955年認識美國輻射遺傳學創始人馬勒，從此對分子遺傳學的成果頗感興趣，木村希望能把群體遺傳學的理論引入到分子遺傳學的研究中去。1967年，一位數學功底很深的女學者太田明子加入木村的研究小組，最終實現了木村的願望。木村要太田閱讀《演化中的基因和蛋白質》一書，並對進化過程中氨基酸的替換速率作出估計，太田的工作令木村很滿意。
當木村從氨基酸替換速率推算哺乳動物基因組的堿基替換速率時，驚奇地發現，從整個基因組來看，堿基替換大約每兩年發生一次。而霍爾丹根據自然選擇代價概念得出，每發生一次突變替換平均約需300個世代，兩者差距上百倍。木村向來崇拜霍爾丹，深信對於適應性進化來說，自然選擇代價概念，可用來估計被自然選擇所淘汰的個體數量。後來，木村把自然選擇代價稱為替換負荷。然而，一旦用它來推算分子水平上發生的進化後果，則個體淘汰量將大得不合情理。顯然，在分子水平上大部分因堿基替換產生的突變並沒有被自然選擇淘汰，它們對自然選擇呈中性。而中性等位基因的維持是通過突變輸入和隨機刪除之間的平衡來實現的。這樣，木村早年與克勞一起完成的關於有限群體所能維持的等位基因數目的研究在分子進化中找到了事實根據，隨機過程理論為分子進化研究提供了數學手段。
中性突變——隨機漂變假說木村的分子進化理論的“中性突變——隨機漂變假說”即中性學說的主要內容有：在分子水平上，大多數進化演化和物種內的大多數變異，不是由自然選擇引起的，而是通過那些對選擇呈中性或近中性的突變等位基因的遺傳漂變引起的。從中性學說出發，可以得出進化速率保持每年每個位置恒定的結論。同源蛋白質如同工酶所具有的豐富的多態性表明，這些生物大分子具有同樣的高級結構，都能很好地完成其生物功能，它們之中哪一個也不比別的分子更優越。也就是說，在分子水平上，不考慮有利突變。假基因是一些失去功能的基因，完全不受自然選擇淘汰，事實證明，假基因的堿基替換確實不受限製，其進化速率等於分子的突變率。
分子進化有五大特征：（1）對每種生物大分子而言，隻要分子的三級結構與功能基本不變，那麼各進化路線，以突變替代表示的進化速率大致保持每年在每個位置上恒定。（2）機能較次要的分子或分子片段的進化速率，高於機能較重要的分子或分子片段的進化速率。（3）在分子進化進程中，使分子現存結構和功能破壞較小的突變比破壞較大的突變有更高的替換率。（4）基因重複通常發生在一個具有新功能的基因出現之前。（5）明顯有害的選擇清除和選擇上呈中性的或稍有害的突變隨機固定，比明顯有利突變的正達爾文選擇更為頻繁。以上五個特征中（1）和（5）是最基本的特征。1983年，木村對中性學說進行了一次全麵總結，寫成一本專著《分子進化的中性學說》。
中性學說以其敢於和達爾文的自然選擇學說相抗衡而引起學術界的一片騷動，其影響遠遠超出了群體遺傳學，甚至進化生物學範圍。隨著分子遺傳學的發展，中性學說越來越顯示它的正確、有效。它打破了綜合進行論在群體遺傳學領域裏一統天下的局麵，也使木村登上了一個新高度，從一個偏重數學的群體遺傳學家上升為一個有理論建樹的進化生物學家。
譽滿全球木村資生於1947年在日本京都大學畢業獲理學碩士學位；1956年6月獲美國威斯康星大學哲學博士學位；同年又被大阪大學授予理學博士學位；1978年和1986年分別被芝加哥大學和威斯康星大學授予理學博士學位。
木村曾是1963年海牙第十一屆國際遺傳學會議副主席；從1973年起任美國國家科學院的國外院士；1976年起任法國特魯露斯科學、銘文與文藝學院的國外通訊院士；從1978年起為美國藝術和科學學院的國外榮譽院士；1980—1984年，任日本遺傳學會主席；1982年起為日本科學院院士。
木村在1959年獲日本遺傳學會授予的“遺傳學會獎”；1965年獲牛津大學的“韋爾登紀念獎”；1968年獲“日本科學院獎”；1970年獲“日本人類遺傳學會獎”；1976年獲日本天皇授予的“文化勳章”；從1977年起為罔崎市的榮譽市民；1986年獲法國政府授予的“國家功勳騎士勳章”；1987年獲美國國家科學院授予的“科學進步約翰·J·卡蒂獎”；從1987年起為大不列顛遺傳學會名譽會員。
木村在數學、群體遺傳學和進化生物學方麵做出了傑出貢獻，他的分子進化的中性學說是自達爾文提出自然選擇學說以後出現的一個最有創造性、最重要的理論，在進化生物學領域占有一席之地。