Tu sú niektoré z jeho kľúčových úspechov:
* Objav deutéria: V roku 1931 Urey objavil deutérium, ťažký izotop vodíka. Tento objav mu vyniesol Nobelovu cenu za chémiu v roku 1934 . To spôsobilo revolúciu v našom chápaní atómovej štruktúry a viedlo k vývoju nových metód na štúdium chemických reakcií.
* Výskum pôvodu slnečnej sústavy: Urey zohral kľúčovú úlohu pri vývoji teórie kondenzácie o pôvode slnečnej sústavy. Navrhol, aby sa slnečná sústava sformovala z oblaku plynu a prachu, ktorý postupne kondenzoval do planét a iných nebeských telies. Táto teória je aj dnes široko akceptovaná.
* Pionier chemickej evolúcie: Urey bol priekopníkom v oblasti chemickej evolúcie, ktorá skúma pôvod života na Zemi. Navrhol, že život mohol vzniknúť z jednoduchých organických molekúl, ktoré sa vytvorili v ranej zemskej atmosfére abiotickými procesmi.
* Príspevky k projektu Manhattan: Počas druhej svetovej vojny zohral Urey významnú úlohu v projekte Manhattan, ktorý vyvinul atómovú bombu. Viedol tím zodpovedný za separáciu izotopov uránu, čo je zásadný krok pri výrobe bomby.
Celkovo bol Harold C. Urey veľmi vplyvným vedcom, ktorého práca mala hlboký vplyv na viaceré oblasti. Jeho objavy a teórie zmenili naše chápanie vesmíru a pôvodu života.