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Son travail avec Steven Strogatz, dont les résultats ont été publiés dans Nature en 1998 sous le titre "Collective dynamics of small-world networks" et dans lequel il présente un modèle de graphe présentant les propriétés d'un réseau petit-monde, appelé modèle de Watts–Strogatz, est probablement sa contribution la plus connue. Ce papier est considéré comme une contribution particulièrement importante dans l'étude des réseaux complexes. C'est l'article d'analyse de réseaux le plus cité entre 1998 et 2008, le sixième article le plus cité en physique et le 63ème article le plus cité de tous les temps (en ) avec près de 40 000 citations,.
↑D. J. Watts, «Networks, Dynamics, and the Small‐World Phenomenon», American Journal of Sociology, vol.105, no2, , p.493–527 (DOI10.1086/210318, CiteSeerx10.1.1.78.4413)