Il a conjointement, avec J. Richard Fisher, mis au point une méthode empirique dite « loi de Tully-Fisher » qui permet de déterminer la distance d'une galaxie spirale. Il a également réalisé un catalogue de 2367 galaxies accompagné d'un atlas[1].
Du fait de la grande carrière internationale de R. Brent Tully, la communauté des astrophysiciens a, au fil des nombreuses conférences auxquelles il a participé, défini l'indice de Tully. L'indice de Tully d'une personne est défini comme la division du nombre de pays visités par son âge. Il est dit que Brent Tully a un indice supérieur à l'unité, ce qui en fait sa légende.[réf. nécessaire]
