Той е най-известен с изследванията си върху класическото кондициониране, които провежда в сътрудничество със своя ментор Иван Павлов.
Работата на Толман помогна да се установи принципът, че ученето не е просто въпрос на свързване на два стимула, а по-скоро включва формирането на когнитивни представи за околната среда.
В допълнение към работата си върху кондиционирането, Толман пише и по различни други теми, включително вниманието, мотивацията и интелигентността на животните.
Някои от най-влиятелните му книги и статии включват:
- *Целенасочено поведение при животни и хора* (1932)
- *Поведение и психологически човек* (1951)
- „Бихейвиористична теория на идеите“ (1932)
- "Има повече от един вид обучение" (1948)
Толман беше пионер в областта на сравнителната психология и работата му оказа голямо влияние върху нашето разбиране за поведението на животните и човешкото учене.