Zde jsou některé z jeho klíčových úspěchů:
* Objev deuteria: V roce 1931 Urey objevil deuterium, těžký izotop vodíku. Tento objev mu vynesl Nobelovu cenu za chemii v roce 1934 . Změnilo to naše chápání atomové struktury a vedlo k vývoji nových metod pro studium chemických reakcí.
* Výzkum původu sluneční soustavy: Urey hrál klíčovou roli ve vývoji teorie kondenzace o původu sluneční soustavy. Navrhl, že sluneční soustava vznikla z oblaku plynu a prachu, který postupně kondenzoval do planet a dalších nebeských těles. Tato teorie je dodnes široce přijímána.
* Průkopník chemické evoluce: Urey byl průkopníkem v oblasti chemické evoluce, která studuje původ života na Zemi. Navrhl, že život mohl vzniknout z jednoduchých organických molekul, které se vytvořily v rané zemské atmosféře abiotickými procesy.
* Příspěvky k projektu Manhattan: Během druhé světové války hrál Urey významnou roli v projektu Manhattan, který vyvinul atomovou bombu. Vedl tým zodpovědný za separaci izotopů uranu, což je zásadní krok ve výrobě bomby.
Celkově byl Harold C. Urey velmi vlivným vědcem, jehož práce měla hluboký dopad na mnoho oblastí. Jeho objevy a teorie změnily naše chápání vesmíru a původu života.