Er ist vor allem für seine Forschungen zur klassischen Konditionierung bekannt, die er in Zusammenarbeit mit seinem Mentor Ivan Pavlov durchführte.
Tolmans Arbeit trug dazu bei, das Prinzip zu etablieren, dass Lernen nicht nur eine Frage der Verknüpfung zweier Reize ist, sondern dass es auch die Bildung kognitiver Repräsentationen der Umwelt beinhaltet.
Zusätzlich zu seiner Arbeit über Konditionierung schrieb Tolman auch über eine Vielzahl anderer Themen, darunter Aufmerksamkeit, Motivation und tierische Intelligenz.
Zu seinen einflussreichsten Büchern und Artikeln gehören:
- *Zweckmäßiges Verhalten bei Tieren und Menschen* (1932)
- *Behavior and Psychological Man* (1951)
- „Eine verhaltenswissenschaftliche Ideentheorie“ (1932)
- „Es gibt mehr als eine Art des Lernens“ (1948)
Tolman war ein Pionier auf dem Gebiet der vergleichenden Psychologie und seine Arbeit hatte großen Einfluss auf unser Verständnis des Verhaltens von Tieren und des menschlichen Lernens.