哈爾莫斯主要研究遍歷理論、代數邏輯、希爾伯特空間運算元、測度論等.他和奈曼(Neyman, J.)在1949年嚴格證明了一個判定統計量充分性的方法,被稱為因子分解定理,用它可以驗證很多常見統計量的充分性.1944年,他以測度論的定形化證明了適當地給予小攝動的任意力學系統是遍歷的.他和馮·諾伊曼(von Neumann, J.)給出了遍歷理論中關於同構問題的第一定理:兩個具有離散譜的遍歷自同構媽和只是空間同構的,若且唯若它們是譜同構的;而後者成立若且唯若誘導運算元T1和T:有相同的特徵值集.在遍歷理論中還有一個哈爾莫斯定理.1983年,因其在有限向量空間、測度論、遍歷理論及希爾伯特空間等方面對研究生教材的貢獻,獲美國數學會斯蒂爾獎,其中有些教材是第一次用英文系統地闡述.這些教材對北美的數學教育有重要影響.他還獲美國數學協會查文尼特獎(1947)和福特獎(兩次:1970,1977).著作有《測度論》(1950;中譯本,科學出版社,1958),《遍歷理論講義》(1956),《有限維向量空間》(1958),《希爾伯特空間與譜重度理論引論》(1957年第二版)、((希爾伯特空間問題》(1967)等.
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