Evo nekih od njegovih ključnih postignuća:
* Otkriće deuterija: Godine 1931. Urey je otkrio deuterij, teški izotop vodika. Ovo mu je otkriće donijelo Nobelovu nagradu za kemiju 1934. . Revolucionirao je naše razumijevanje strukture atoma i doveo do razvoja novih metoda za proučavanje kemijskih reakcija.
* Istraživanje podrijetla Sunčevog sustava: Urey je odigrao ključnu ulogu u razvoju teorije kondenzacije nastanka Sunčevog sustava. Predložio je da je Sunčev sustav nastao iz oblaka plina i prašine, koji se postupno kondenzirao u planete i druga nebeska tijela. Ova je teorija i danas široko prihvaćena.
* Pionir kemijske evolucije: Urey je bio pionir na polju kemijske evolucije, koja proučava podrijetlo života na Zemlji. Predložio je da je život mogao potjecati od jednostavnih organskih molekula koje su nastale u ranoj Zemljinoj atmosferi abiotičkim procesima.
* Doprinosi Projektu Manhattan: Tijekom Drugog svjetskog rata, Urey je igrao značajnu ulogu u projektu Manhattan, koji je razvio atomsku bombu. Vodio je tim odgovoran za odvajanje izotopa urana, ključni korak u proizvodnji bombe.
Općenito, Harold C. Urey bio je vrlo utjecajan znanstvenik čiji je rad imao dubok utjecaj na višestruka područja. Njegova otkrića i teorije promijenili su naše razumijevanje svemira i podrijetla života.