O'Brien bruker som gitarist svært mange effekt pedaler for å kunne produsere Radioheads lydstil. O'Brien er også en trommist, men har så langt kun spilt trommer på Radioheads «There There» låt, sammen med Jonny Greenwood. O'Brien hjelper hovedsakelig med å utvide det musikalske lydbildet for Radiohead. Han lagde blant annet den svært distinktive effekten på slutten av «Karma Police», og den delvis gitarsoloen på «Lucky». Han laget også riffene til sangene «Go to Sleep» og «Street Spirit (Fade Out)». O'Brien har bidratt med tekstkrivingen under alle albumene.