Íme néhány legfontosabb eredménye:
* A deutérium felfedezése: 1931-ben Urey felfedezte a deutériumot, a hidrogén nehéz izotópját. Ezzel a felfedezéssel 1934-ben kémiai Nobel-díjat kapott . Forradalmasította az atomszerkezettel kapcsolatos ismereteinket, és új módszerek kifejlesztéséhez vezetett a kémiai reakciók tanulmányozására.
* A Naprendszer eredetének kutatása: Urey döntő szerepet játszott a kondenzációs elmélet kidolgozásában a naprendszer eredetéről. Azt javasolta, hogy a Naprendszer egy gáz- és porfelhőből alakuljon ki, amely fokozatosan bolygókká és más égitestekké tömörül. Ez az elmélet ma is széles körben elfogadott.
* A kémiai evolúció úttörője: Urey úttörő volt a kémiai evolúció területén, amely a földi élet eredetét vizsgálja. Feltételezte, hogy az élet létrejöhetett egyszerű szerves molekulákból, amelyek a Föld korai légkörében, abiotikus folyamatok révén jöttek létre.
* Hozzájárulás a Manhattan Projecthez: A második világháború alatt Urey jelentős szerepet játszott az atombombát kifejlesztő Manhattan Projektben. Ő vezette az uránizotópok szétválasztásáért felelős csapatot, amely döntő lépés a bombagyártásban.
Összességében Harold C. Urey rendkívül befolyásos tudós volt, akinek munkája több területre is mély hatást gyakorolt. Felfedezései és elméletei megváltoztatták a világegyetemről és az élet eredetéről alkotott képünket.