Her er nogle af hans vigtigste præstationer:
* Opdagelse af Deuterium: I 1931 opdagede Urey deuterium, en tung isotop af brint. Denne opdagelse gav ham Nobelprisen i kemi i 1934 . Det revolutionerede vores forståelse af atomstruktur og førte til udviklingen af nye metoder til at studere kemiske reaktioner.
* Forskning om solsystemets oprindelse: Urey spillede en afgørende rolle i udviklingen af kondensationsteorien om solsystemets oprindelse. Han foreslog, at solsystemet blev dannet af en sky af gas og støv, som gradvist kondenserede til planeter og andre himmellegemer. Denne teori er stadig bredt accepteret i dag.
* Pioner inden for kemisk udvikling: Urey var en pioner inden for kemisk evolution, som studerer livets oprindelse på Jorden. Han foreslog, at liv kunne stamme fra simple organiske molekyler, som blev dannet i den tidlige Jords atmosfære gennem abiotiske processer.
* Bidrag til Manhattan-projektet: Under Anden Verdenskrig spillede Urey en væsentlig rolle i Manhattan-projektet, som udviklede atombomben. Han ledede holdet, der var ansvarligt for at adskille uraniumisotoper, et afgørende skridt i bombens produktion.
Samlet set var Harold C. Urey en meget indflydelsesrig videnskabsmand, hvis arbejde havde en dyb indvirkning på flere felter. Hans opdagelser og teorier ændrede vores forståelse af universet og livets oprindelse.