Robert Millikan machte zahlreiche Entdeckungen in den Bereichen Optik, Elektrizität und Physik. Eine seiner wichtigsten Entdeckungen war die Bestimmung der Ladung eines Elektrons. Seine Berechnungen trugen dazu bei, zu beweisen, dass Elektronen fundamentale oder unteilbare Teilchen sind.
Millikan ist auch dafür bekannt, kosmische Strahlung zu entdecken, bei der es sich um ionisierende Strahlung aus dem Weltraum handelt. Das Studium der kosmischen Strahlung ist von wesentlicher Bedeutung für die Bestimmung der Zusammensetzung und Beschleunigung der Sonne und anderer Formationen im Weltraum. Millikan wurde während des Ersten Weltkriegs in den National Research Council berufen und leistete wichtige Beiträge zur Entwicklung von U-Boot-Abwehrgeräten.