Robert Millikan đã có nhiều khám phá trong lĩnh vực quang học, điện và vật lý. Một trong những khám phá quan trọng nhất của ông là xác định điện tích của một electron. Các tính toán của ông là công cụ chứng minh rằng các electron là các hạt cơ bản, hoặc không thể phân chia.
Millikan cũng được biết đến với việc phát hiện ra các tia vũ trụ, là dạng bức xạ ion hóa từ bên ngoài không gian. Việc nghiên cứu các tia vũ trụ là rất cần thiết trong việc xác định thành phần và gia tốc của mặt trời và các thành tạo khác trong không gian. Millikan được bổ nhiệm vào Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia trong Thế chiến thứ nhất và có những đóng góp quan trọng trong việc phát triển các thiết bị chống tàu ngầm.
