En 1953, Serge Mouille commence ses recherches sur les formes en métal et la fabrication artisanale de luminaires, tout en assurant la direction de l’atelier d’orfèvrerie de l’École des arts appliqués, dont il est diplômé. En 1955, il est élu à la Société des artistes décorateurs (SAD).
L’année suivante, la galerie Steph Simon accueille ses travaux aux côtés de ceux d’Isamu Noguchi et de Jean Luce. Ainsi s’amorce une diffusion discrète de ses luminaires, alors que des commandes spéciales lui sont passées : réfectoires et espaces verts de la Cité universitaire d’Antony, universités de Strasbourg et d’Aix-Marseille, Centre d’essais en vol de Brétigny-sur-Orge, luminaires du paquebot transatlantique « France ».
Atteint depuis longtemps de tuberculose, Serge Mouille est forcé de suspendre ses activités de designer en 1959 et de suivre une cure en montagne. Cependant, grâce à la Société de création des modèles (SCM), il peut exposer au Salon des arts ménagers de 1961 une nouvelle collection de luminaires combinant fluorescence et incandescence. Sa production s’arrête définitivement en 1964.