In Harvard schlug er 1981 zusammen mit seinem Doktorvater Clarke in einem Paper die Modellprüfung zur Verifikation endlicher paralleler Programme vor, inzwischen ein anerkanntes und weit verwendetes Verfahren. Seither trug er zu deren Verbesserung und Vereinfachung bei und arbeitete auch auf den Gebieten der automatischen Programmsynthese, Verifizierung parametrisierter Systeme und Datenstruktur-Beweisen. Er machte auch signifikante Beiträge zur Theorie und Anwendung der temporalen Logik.
2007 erhielt Emerson zusammen mit Clarke und dem unabhängig von den beiden ebenfalls an der Modellprüfung arbeitenden Joseph Sifakis den Turing Award.
Daneben hat Emerson zahlreiche weitere Auszeichnungen erhalten, darunter der Best Software Paper Award der Hawaii International Systems Sciences Conference 1985, der ACMParis-Kanellakis-Preis 1998, der Carnegie Mellon UniversityAllen Newell Award for Research Excellence 1999 und der IEEESymposium on Logic in Computer Science Test-of-Time Award 2006.[4]