Tolman studierte Chemieingenieurwesen am MIT, wo er 1903 seinen Abschluss (B.A.) machte und 1910 promovierte. Dazwischen war er 1904 in Berlin. Danach hatte er Positionen unter anderem an der University of California, Berkeley. Im Ersten Weltkrieg arbeitete er für die Regierung in der Entwicklung chemischer Kampfmittel und ab 1919 bis 1922 als stellvertretender Leiter (später Leiter) einer Forschungsstelle zur Stickstoff-Fixierung für Sprengstoffe und Düngemittel.
1922 wurde er Professor für mathematische Physik und physikalische Chemie am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, wo er bis zu seinem Tod blieb und zeitweise Dean der „Graduate School“ war (deren Orientierung an aktueller Forschung er am Caltech wesentlich bestimmte).
Tolman war für seine hervorragenden, gut vorbereiteten Vorlesungen bekannt, bei denen er die Studenten zu Diskussionen ermutigte. Zu seinen Studenten zählt Linus Pauling.
Tolman wies nach, dass Elektronen die Träger der elektrischen Ladung beim Elektrizitätsfluss in Metallen sind und bestimmte deren Masse im Tolman-Experiment (1916), indem er die aufgrund der Trägheit der Elektronen in beschleunigten Metallen hervorgerufenen Spannungen maß.
Vor allem war er ein Spezialist für statistische Mechanik, über die er ein lange maßgebliches Lehrbuch schrieb (1927 noch vor dem Hintergrund der älteren Quantentheorie, 1938 in völliger Neubearbeitung mit voller Berücksichtigung der Quantenmechanik) und die er auch auf relativistische Systeme und die Kosmologie anwandte. So zeigte er 1934, dass sich Schwarzkörperstrahlung in einem sich ausdehnenden Universum zwar abkühlt, aber thermisch bleibt. Seine Untersuchung oszillierender Universen führte zur zeitweiligen Ablehnung dieser Theorien, die aber seitdem immer wieder einmal diskutiert werden. Sein Relativity, Thermodynamics and Cosmology war auch ein bekanntes Lehrbuch der allgemeinen Relativitätstheorie.
Tolman machte vergeblich den Vorschlag, das Zeitintervall, das Licht benötigt, um die Entfernung von einem Femtometer zurückzulegen, als Jiffy zu bezeichnen.[3]
Nach Richard C. Tolman ist der Tolman Award benannt, der jährlich von der Southern California Section of the American Chemical Society für wichtige Arbeiten auf dem Gebiet der Chemie verliehen wird.
Schriften (Auswahl)
The Principles of Statistical Mechanics. Dover, New York 1979, zuerst 1938, ISBN 0-486-63896-0.
Relativity Thermodynamics and Cosmology. Clarendon Press, Oxford 1934.
John G. Kirkwood, Oliver R. Wulf, P. S. Epstein: Richard Chace Tolman 1881–1948. In: National Academy of Sciences (Hrsg.): Biographical Memoirs. 1952 (englisch, nasonline.org [PDF]).
Richard C. Tolman. In: Physics History Network. American Institute of Physics (englisch)
Kenneth Trueblood: About Richard C. Tolman. In: Tolman Award. scalacs.org; abgerufen am 5. November 2018 (englisch).