在利維的會議室裡，掛著一幅半個世紀前的牙膏宣傳海報，上面寫著兩條廣告語——“你有口氣嗎？”“高露潔葉綠素牙膏助你消滅口臭！”葉綠素牙膏是“氟時代”之前的產物，當時蛀牙（齲齒）很普遍，牙膏廠商就是用這些不太科學的口號來打開市場。
氟化物的使用改變了一切。1945年，美國密歇根州大急流市（Grand Rapids）首先在供水系統中添加氟化物；10年後，寶潔公司推出第一款加氟牙膏佳潔士，內含氟化亞錫；高露潔－棕榄公司緊隨其後，在1967年對高露潔牙膏進行改良，添加單氟磷酸鈉（sodium monofluorophosphate）——目前最主要的防齲齒物質。但是，大多數水廠並未使用添加在牙膏裡的、備受牙科醫生青睐的氟化鹽，而是使用價格低廉的氟硅酸鹽，比如化肥生產過程中的副產品六氟硅酸（hexafluorosilicic acid，肥料生產過程的副產品，由磷酸鹽礦石經硫酸處理後得到）。
上世紀七八十年代，美國充斥著各種各樣的氟化物，而且在大多數以英語為母語的國家，飲用水加氟已成為預防牙科疾病的基本措施。這段時期，齲齒發生率究竟下降了多少，為什麼會下降，依舊是科學界激烈爭論的焦點。不過，很多牙科醫生堅持認為，氟化物是齲齒發生率顯著下降的最大功臣。
正是在上述背景下，利維於上世紀80年代中期開始了公共口腔衛生方面的研究。而為他提供早期研究資金的高露潔公司，取得了很好的廣告效益：越來越多的人選擇含氟牙膏。但是，當年輕的齲齒患者越來越少，氟斑牙患者卻越來越多時，利維開始考慮，對於孩子們攝入的含氟物質是否超過了他們的健康承受能力。“我的想法開始轉變。以前一直認為‘氟化物越多越好’，但我現在開始考慮，在‘齲齒’和‘氟斑牙’之間，哪裡是恰到好處的平衡點？”
氟化物為什麼會有這種“兩面性”？根本原因在於，含鈣組織對氟離子有強大的吸引力。進入人體後，99％的氟化物都會滯留在骨骼及牙齒內，而不是被排出體外。它能通過兩種相互獨立的機制防治齲齒：接觸到釉質（牙齒外層白色堅硬部分）的氟化物會嵌入羟基磷灰石（hydroxylapatite）的晶體結構內，與釉質上某些羟基磷灰石分子的羟基發生交換，增強牙齒的耐酸能力（當口腔細菌分解食物當口腔細菌分解食物殘渣時，會分泌一些酸性物質，而酸性物質會與羟基磷灰石分子發生反應）；牙齒表面的氟化物還可作為一種催化劑，促進鈣及磷酸鹽的沉澱，“修補”被細菌破壞的釉質。
然而對於牙齒尚未長全的低齡兒童來說，大量攝入氟化物則會導致另一種結果。牙齒形成早期，釉原蛋白（amelogenin）扮演著非常關鍵的角色——調控羟基磷灰石晶體的形成。完成任務後，釉原蛋白就會被分解，並從成熟的釉質上脫落。如果兒童攝入過多氟化物，被消化道吸收後，血液就會將這些化合物運送至發育中的幼牙，發出錯誤的生化信號，延長釉原蛋白在幼牙內的滯留時間，導致釉質的晶體結構出現縫隙。由於牙齒上的縫隙會折射外界光線，當一枚氟化牙齒發育成形時，牙齒表面就會呈現出不均一的顏色（某些部分更白一些）。如果氟化程度更嚴重，牙齒表面甚至會出現凹痕和黃褐色斑點。雖然營養與遺傳因素對氟中毒的發生都有影響，但目前最重要的因素還是氟化物的攝入量。
在美國國立口腔與顱面研究所（National Institute of Dental and Craniofacial Research）的資助下，利維開始對兒童的氟化物攝入量、氟化物如何影響牙齒與骨骼健康展開了研究。雖然到目前為止，並沒有普遍認可的氟化物日均最佳攝入量標准（即攝入的氟化物既能預防齲齒，又不會危害人體健康），但在學術界有一個不成文的標准：每千克體重每天攝入0.05～0.07毫克氟化物。上世紀90年代初，當受試者們還是嬰兒時，利維就發現在這些孩子中，超過1/3的人攝入了過多氟化物（主要來源於沖調奶粉的水、嬰幼兒食物及飲料），也就是說，他們出世不久就面臨慢性氟中毒的危險。即便隨著年齡增大，在蹒跚學步時期（恆牙釉質形成的關鍵期），孩子的食譜發生了改變，氟中毒的幾率也只會稍微下降，因為牙膏取代配方奶成為氟化物的重要來源。一般認為，兒童和成人在刷牙後會吐出牙膏泡沫，但利維卻在早期研究中發現，初學走路的孩子在刷牙時，竟會吞下一半以上的牙膏！
年滿9歲時，孩子們的前恆牙完全長出。然而，嬰幼兒時期接觸的氟化物會在他們的牙齒上留下明顯的印記。一開始就攝入高劑量氟化物的兒童，長出氟斑牙的幾率是低攝入組兒童的兩倍以上。孩子年齡增大後，隨著食譜范圍擴大，氟化物的來源也在擴大。利維的研究證明，許多果汁飲料和汽水含有充足的氟化物（大約為0.6毫克/升），一個3歲兒童每天只須飲用1升多的飲料，就能滿足氟化物的需求量，這還不算其他日常飲品。
在利維測試過的其他數十種食物中，氟化物的含量更高：蔓越桔汁雞尾酒中氟化物含量平均為0.73 毫克/升，冰棍為0.71 毫克/升，牛肉湯為0.99 毫克/升，罐裝蟹肉為2.10 毫克/升。氟化物雖然能以多種方式進入食品本身，比如通過殺蟲劑進入葡萄或葡萄干；通過骨粉等飼料進入雞肉、雞蛋；通過肥料、土壤進入茶葉，但多數情況下，氟化物來自烹饪或加工食物時添加的水分。
利維發現，飲用氟化水是氟中毒更直接的原因。在艾奧瓦州以氟化水為主要生活用水的地區，這裡的兒童在9歲時，8顆前牙中至少兩顆變為氟斑牙的幾率，要比其他地區的兒童高出50%（前者為33%，後者為22%）。NRC的報告也給出了類似結論：在“氟化地區”，嬰幼兒吸收的氟化物是應攝入量的兩倍。NRC還發現，飲水量高於平均水平的成人（包括運動員和體力勞動者），攝入的氟化物量也超過了最佳攝入量。
但迄今為止，除了個別非常嚴重的病例，科學家並未發現牙釉質氟中毒（enamel fluorosis）有其他影響，最多會傷害患者的自尊：牙齒上的色斑有損形象，即使采取了修補措施，它們就是“不捨得”離開牙齒。氟中毒真的不會影響人體健康嗎？美國加利福尼亞大學舊金山牙醫學院長期從事氟化物研究的帕梅拉·登貝斯滕（Pamela DenBesten）說：“我們已經看到，氟化物能影響蛋白質與礦化組織之間的相互作用，那麼在細胞水平上，它又有什麼影響？氟化物作用巨大，需要人們認真對待。”
