Robert Millikan a făcut numeroase descoperiri în domeniile optică, electricitate și fizică. Una dintre cele mai importante descoperiri ale sale a fost determinarea încărcăturii unui electron. Calculele sale au fost instrumentale pentru a dovedi că electronii sunt particule fundamentale sau indivizibile.
Millikan este, de asemenea, cunoscut pentru descoperirea razelor cosmice, care sunt forme de radiații ionizante din spațiul cosmic. Studiul razelor cosmice este esențial pentru a determina compoziția și accelerarea soarelui și a altor formațiuni din spațiu. Millikan a fost numit în Consiliul Național de Cercetare în timpul primului război mondial și a contribuit în mod semnificativ la dezvoltarea dispozitivelor anti-submarin.