La sua carriera di giudice si svolge quasi interamente presso la Corte di cassazione, dove approda nel 1985, alla prima sezione civile, come Consigliere; nel 2008 viene nominato Presidente di Sezione. Destinato alle Sezioni unite civili già del 1999, nel 2001 viene nominato componente effettivo dell’Ufficio centrale elettorale nazionale presso la Cassazione; dal 2008 è componente del Consiglio direttivo della suprema Corte e nel 2009 è nominato Direttore dell’Ufficio del Massimario e del Ruolo della Corte di cassazione.

Ha svolto l’attività di assistente di studio presso la Corte costituzionale collaborando con i giudici Giulio Gionfrida, Livio Paladin e Renato Granata, per circa un trentennio, dal 1973 fino al 2000.

Ha partecipato all’istruttoria dell’unico processo penale costituzionale per reati ministeriali (processo "Lockheed").

Su incarico del presidente Cesare Mirabelli, ha attuato la riorganizzazione dell’Ufficio del Massimario e del Ruolo della Corte costituzionale.

Ha coadiuvato il Presidente Francesco Saja nello smaltimento dell’arretrato conseguito al gravoso impegno nel processo "Lockheed".

Ha, inoltre, collaborato con i giudici Vezio Crisafulli e Livio Paladin nella redazione del moderno Commentario Breve alla Costituzione.

Questa esperienza professionale, svolta contemporaneamente presso la Corte costituzionale (sin dai primi anni ’70) e presso la Corte Suprema di cassazione (dal 1985 fino al dicembre 2011), ha arricchito la sua attività di magistrato, così come l’attività scientifica.

Alcune sue teorie hanno fatto breccia nella giurisprudenza costituzionale.

Tra le più rilevanti: sulla modulazione nel tempo degli effetti dell’incostituzionalità: nei suoi scritti, Morelli ha preannunciato la superabilità del dogma dell’efficacia "ex tunc" delle sentenze d’incostituzionalità attraverso l’identificazione una nuova tipologia di accoglimento parziale "quoad tempus", definita di incostituzionalità sopravvenuta "dal momento in cui".

Sulla concezione della rilevanza-influenza (come è stata successivamente chiamata in dottrina): si deve proprio al giudice Morelli la ricostruzione teorica che ha permesso alla Corte di adottare le sentenze di accoglimento con efficacia differita e, nello specifico, la sentenza n. 10 del 2015 (Robin tax).

Sulla estensibilità della garanzia di inviolabilità (articolo 2 della Costituzione) non soltanto ai diritti specificamente e testualmente indicati in Costituzione, ma anche ai "diritti di nuova emersione" - i c.d. nuovi diritti - come il nuovo diritto alla identità personale, enunciato nella sentenza della prima sezione civile della Corte di cassazione n. 978 del 1996, poi acquisito anche nella giurisprudenza costituzionale (Corte costituzionale n. 98 del 1979, e successive).

Sul carattere diffuso del controllo di costituzionalità, tale da delineare la c.d. interpretazione adeguatrice della legge alla Costituzione, ad opera dei giudici.

Sulla utilizzabilità (inizialmente negata) del canone della ragionevole durata del processo come parametro per il controllo della legge (a prima lettura, si era sostenuto che tal regola fosse rivolta, in via esclusiva, al giudice, come regola di controllo della tempistica della sua attività).

Dal 1994 ha fatto parte, per circa cinque anni, del Comitato Scientifico della Scuola di formazione professionale dei Magistrati, promuovendo l’istituzionalizzazione di un corso annuale sull’esercizio delle funzioni di legittimità.

Dal 2002 è stato componente per il quadriennio del Comitato consultivo permanente del diritto d’autore, previsto dal Titolo VIII della L. 22 aprile 1941, n. 633 (designazione del Ministro della Giustizia).

È stato componente della Commissione dei ricorsi contro i provvedimenti dell’Ufficio Italiano Brevetti e Marchi, di cui all’art. 71 del R.D. 1127/1939.

Ha svolto attività di insegnamento di Giustizia costituzionale presso l’Università di Urbino, durante gli anni accademici dal 1998 al 2002; insegnamento di Casistica giudiziaria, presso la Facoltà di Giurisprudenza di Tor Vergata. Nonché Componente del Consiglio direttivo della Scuola di Specializzazione per le professioni legali dell’Università degli Studi di Roma "Tor Vergata".

Studi monografici, tra cui: Il nuovo regime patrimoniale della famiglia, Cedam, 1996; La Comunione e la Divisione ereditaria, Utet, 1999; Il sistema italiano di giustizia costituzionale. Funzioni della norma costituzionale, meccanismi di attuazione, procedure di garanzia, Esi, 2000; Il contratto di conto corrente bancario, Giuffrè, 2002; Persone giuridiche pubbliche. Persone e famiglia, in Commentario Ruperto, vol. II, Giuffrè, 2005 – 2008.

Studi in opere collettanee, tra cui: Il codice penale annotato con la dottrina e giurisprudenza, Utet, 1984 e 1990; Decisioni ed orientamenti fondamentali della Corte costituzionale dal 1965 al 1984, Milano, 1985; Decisioni fondamentali della Corte costituzionale, 1985 – 1996, Giuffrè, 1997; Il diritto all’oblio, Esi, 1999; Le Corti Supreme, Giuffrè, 2001; Procreazione assistita e diritti della persona, Esi, 2001; Il Contratto in generale, Giuffrè, 2002; Principi generali del diritto di famiglia, Roma, 2003; Illecito civile e danno ad ente pubblico territoriale, Giuffrè, 2003; L’incidente di costituzionalità, Giuffrè, 2004; Problemi della responsabilità civile, Giuffrè, 2004.