Leginkább a klasszikus kondicionálással kapcsolatos kutatásairól ismert, amelyeket mentorával, Ivan Pavlovval együttműködve végzett.
Tolman munkája hozzájárult annak az elvnek a megalapozásához, hogy a tanulás nem egyszerűen két inger összekapcsolása, hanem a környezet kognitív reprezentációinak kialakítása is.
A kondicionálással kapcsolatos munkája mellett Tolman számos más témáról is írt, beleértve a figyelmet, a motivációt és az állati intelligenciát.
Legbefolyásosabb könyvei és cikkei közé tartozik:
- *Céltudatos viselkedés állatokban és férfiakban* (1932)
- *Viselkedés és pszichológiai ember* (1951)
- "Az eszmék viselkedéselmélete" (1932)
- "Több, mint egyfajta tanulás van" (1948)
Tolman úttörő volt az összehasonlító pszichológia területén, és munkája nagy hatással volt az állatok viselkedésének és az emberi tanulásnak a megértésére.