Os seus estudos abarcan a orixe da vida (considerouse un pioneiro no estudo de exobioloxía), a ocorrencia natural de hidratos clatratos, e mecanismos xerais de anestesia. Foi membro da Academia Nacional de Ciencias, e recibiu unha Medalla Oparin.
Na década dos 50, Miller axudou a substituír a síntese abiótica de compostos orgánicos no contexto da evolución. Utilizou a simulación en laboratorio das condicións químicas na Terra primixenia para demostrar que a síntese espontánea destes compostos podería ser unha etapa precoz da orixe da vida.
Experimento de Miller, levado a cabo con Harold Urey.
En 1953, Stanley Miller, un novo estudante de posgraduado, levou a cabo unha serie de experimentos no laboratorio de Harold Clayton Urey, que foron publicados ese ano na revista Science. Miller e Urey supuxeron, de acordo con Alexander Oparin e John Haldane, que a atmosfera terrestre primitiva estaba composta principalmente de NH3, H2O, CH4 e H2.
En 2008, os investigadores atoparon o aparello que Miller usou nos seus experimentos iniciais e co que analizou o material. Os experimentos, incluídas as simulacións, antes non relatadas, doutros ambientes, como gases liberados en erupcións volcánicas. A análise posterior descubriu máis aminoácidos e outros compostos de interese.
O experimento foi repetido en múltiples ocasións, obtendo compostos orgánicos diversos. Con todo, aínda non se obtiveron proteínas. Miller pasou gran parte da súa vida experimentando coa xeración da vida.
