Robert Millikan, optik, elektrik ve fizik alanlarında sayısız keşif yaptı. En önemli keşiflerinden biri, bir elektronun yükünün belirlenmesi idi. Hesaplamaları, elektronların temel veya bölünemez parçacık olduğunu ispatlamakta etkili oldu.
Millikan, dış mekandan iyonlaştırıcı radyasyon formları olan kozmik ışınları keşfetmek için de bilinmektedir. Kozmik ışınların incelenmesi, uzayda güneşin ve diğer oluşumların kompozisyonunu ve ivmesini belirlemede esastır. Millikan, I. Dünya Savaşı sırasında Ulusal Araştırma Konseyi'ne atandı ve denizaltı karşıtı cihazların geliştirilmesine önemli katkılarda bulundu.
