Najbolj znan je po svojih raziskavah klasičnega kondicioniranja, ki jih je izvedel v sodelovanju z mentorjem Ivanom Pavlovom.
Tolmanovo delo je pomagalo uveljaviti načelo, da učenje ni le stvar povezovanja dveh dražljajev, temveč da vključuje tudi oblikovanje kognitivnih predstav o okolju.
Poleg svojega dela o kondicioniranju je Tolman pisal tudi o številnih drugih temah, vključno s pozornostjo, motivacijo in živalsko inteligenco.
Nekatere njegove najvplivnejše knjige in članki vključujejo:
- *Namensko vedenje pri živalih in ljudeh* (1932)
- *Behavior and Psychological Man* (1951)
- "Bihevioristična teorija idej" (1932)
- "Obstaja več kot ena vrsta učenja" (1948)
Tolman je bil pionir na področju primerjalne psihologije in njegovo delo je imelo velik vpliv na naše razumevanje vedenja živali in človeškega učenja.