Han er kjent for sine studier i livets opprinnelse, deriblant Miller-Urey-eksperimentet som påviste at organiske komponenter kan frembringes av enkle kjemiske prosesser fra uorganiske substanser. Det har senere likevel blitt påvist at forholdene i eksperimentet ikke var en nøyaktig representasjon av den tidlige jordatmosfæren.