Примерно через год режиссёр Дэвид Линч оценил вкус Духовны к эксцентрике и пригласил его на роль трансвестита — агента службы по борьбе с наркотиками Дени́з Брайсон в трёх эпизодах сериала «Твин Пикс». В этом качестве Духовны необычайно понравился Залману Кингу, который пригласил его сыграть роль идеального покинутого любовника-рассказчика в фильме «Дневники Красной Туфельки», а потом и в одноимённом эротическом сериале. На одном из кинофестивалей работы Дэвида привлекли внимание Рэнди Стоуна, продюсера студии 20th Century Fox, который и порекомендовал его Крису Картеру на роль Фокса Малдера. При первой встрече актёр не произвёл впечатления на Криса. Его внешность показалась Картеру слишком стандартной. Но после первых проб Крис решил, что камера просто «влюблена» в актёра. В 1993 году Духовны стал сниматься в научно-фантастическом сериале «Секретные материалы» с ведущей ролью агента ФБР Фокса Малдера, сторонника теории заговора, верящего, что его сестру похитили пришельцы. Снимался в паре с Джиллиан Андерсон, исполнившей роль агента Даны Скалли. Телесериал стал настоящим хитом, принесшим Дэвиду мировую известность. После семи сезонов и пересмотра контракта Духовны покинул сериал в качестве ведущего актёра, продолжая появляться в отдельных эпизодах. В 2002 году он снялся в финальной серии «Секретных материалов». Интересным фактом является то, что Дэвид с лёгкостью находит общий язык со своими партнёрами по съёмкам. Яркий тому пример его тёплые дружеские отношения с Джиллиан Андерсон.