1895 року він захистив у Колумбійському університеті дисертацію на здобуття докторського ступеня, присвячену дослідженню поляризації світла.
За подальші дванадцять років Міллікен написав кілька підручників з фізики, які були прийняті як підручники для коледжів і середніх шкіл (з доповненнями залишалися ними понад 50 років). 1910 р Милликена було призначено професором фізики.
Роберт Міллікен розробив метод крапель, який дав можливість вимірювати заряд окремих електронів і протонів (1910 - 1914) велика кількість дослідів по точного обчислення заряду електрона. Тим самим він експериментально довів дискретність електричного заряду і вперше досить точно визначив його значення (4, 774 * 10 ^ -10 електростатичних одиниць). Перевірив рівняння Ейнштейна для фотоефекту в області видимих і ультрафіолетових променів, визначив постійну Планка (1914).
1921 р Міллікен був призначений директором нової Бріджесівской фізичної лабораторії і главою виконавчого комітету Каліфорнійського технологічного інституту.
Тут він виконав великий цикл досліджень космічних променів, зокрема досліди (1921 - 1922) з повітряними кулями з самописними Електроскоп на висотах 15500 м.
1923 р Міллікен був удостоєний Нобелівської премії в галузі фізики «за роботи по визначенню елементарного електричного заряду і фотоелектричного ефекту».
Протягом 1925- 1927 рр. Міллікен продемонстрував, що іонізуюче дію космічного випромінювання зменшується з глибиною, і підтвердив позаземне походження цих «космічних променів». Досліджуючи траєкторії космічних частинок, виявив в них альфа-частинки, швидкі електрони, протони, нейтрони, позитрони і гамма-кванти. Незалежно від Вернова відкрив широтний ефект космічних променів в стратосфері.
Завантажити біографію Роберт Міллікен