Je známý především svým výzkumem klasického podmiňování, který prováděl ve spolupráci se svým mentorem Ivanem Pavlovem.
Tolmanova práce pomohla prosadit princip, že učení není pouze záležitostí asociace dvou podnětů, ale že zahrnuje také utváření kognitivních reprezentací prostředí.
Kromě své práce o kondicionování Tolman také psal o řadě dalších témat, včetně pozornosti, motivace a inteligence zvířat.
Mezi jeho nejvlivnější knihy a články patří:
- *Účelné chování u zvířat a mužů* (1932)
- *Chování a psychologický muž* (1951)
- "Behavioristická teorie nápadů" (1932)
- „Existuje více než jeden druh učení“ (1948)
Tolman byl průkopníkem v oblasti srovnávací psychologie a jeho práce měla velký dopad na naše chápání chování zvířat a lidského učení.