Hij is vooral bekend vanwege zijn onderzoek naar klassieke conditionering, dat hij samen met zijn mentor Ivan Pavlov uitvoerde.
Tolmans werk heeft bijgedragen aan het vaststellen van het principe dat leren niet simpelweg een kwestie is van het associëren van twee stimuli, maar dat het ook de vorming van cognitieve representaties van de omgeving inhoudt.
Naast zijn werk over conditionering schreef Tolman ook over een verscheidenheid aan andere onderwerpen, waaronder aandacht, motivatie en dierlijke intelligentie.
Enkele van zijn meest invloedrijke boeken en artikelen zijn:
- *Doelgericht gedrag bij dieren en mensen* (1932)
- *Gedrag en psychologische mens* (1951)
- "Een behavioristische theorie van ideeën" (1932)
- "Er is meer dan één soort leren" (1948)
Tolman was een pionier op het gebied van de vergelijkende psychologie en zijn werk heeft een grote impact gehad op ons begrip van het gedrag van dieren en het leren van mensen.