Tässä on joitain hänen tärkeimmistä saavutuksistaan:
* Deuteriumin löytö: Vuonna 1931 Urey löysi deuteriumin, vedyn raskaan isotoopin. Tämä löytö ansaitsi hänelle Nobelin kemian palkinnon vuonna 1934 . Se mullisti ymmärryksemme atomien rakenteesta ja johti uusien menetelmien kehittämiseen kemiallisten reaktioiden tutkimiseen.
* Aurinkokunnan alkuperän tutkimus: Ureylla oli ratkaiseva rooli kondensaatioteorian kehittämisessä aurinkokunnan alkuperästä. Hän ehdotti, että aurinkokunta muodostui kaasu- ja pölypilvistä, jotka vähitellen tiivistyivät planeetoiksi ja muiksi taivaankappaleiksi. Tämä teoria on edelleen laajalti hyväksytty.
* Kemiallisen evoluution edelläkävijä: Urey oli edelläkävijä kemiallisen evoluution alalla, joka tutkii elämän syntyä maapallolla. Hän ehdotti, että elämä olisi voinut syntyä yksinkertaisista orgaanisista molekyyleistä, jotka muodostuivat maapallon varhaisessa ilmakehässä abioottisten prosessien kautta.
* Avustukset Manhattan-projektiin: Toisen maailmansodan aikana Ureyllä oli merkittävä rooli Manhattan-projektissa, joka kehitti atomipommin. Hän johti uraani-isotooppien erottamisesta vastaavaa ryhmää, joka oli ratkaiseva askel pommin tuotannossa.
Kaiken kaikkiaan Harold C. Urey oli erittäin vaikutusvaltainen tiedemies, jonka työllä oli syvällinen vaikutus useille aloille. Hänen löytönsä ja teoriansa muuttivat käsityksemme maailmankaikkeudesta ja elämän alkuperästä.