Je známy najmä vďaka svojmu výskumu klasického podmieňovania, ktorý viedol v spolupráci so svojím mentorom Ivanom Pavlovom.
Tolmanova práca pomohla ustanoviť princíp, že učenie nie je len záležitosťou spájania dvoch podnetov, ale že zahŕňa aj vytváranie kognitívnych reprezentácií prostredia.
Okrem svojej práce o kondicionovaní Tolman písal aj o rôznych iných témach vrátane pozornosti, motivácie a inteligencie zvierat.
Medzi jeho najvplyvnejšie knihy a články patria:
- *Účelné správanie zvierat a mužov* (1932)
- *Správanie a psychologický muž* (1951)
- "Behavioristická teória nápadov" (1932)
- "Existuje viac ako jeden druh učenia" (1948)
Tolman bol priekopníkom v oblasti komparatívnej psychológie a jeho práca mala veľký vplyv na naše chápanie správania zvierat a ľudského učenia.