Millers tidiga insatser gällde forskning om inlärd motivation och konflikter mellan drivkrafter som t.ex. hunger och rädsla. I samarbete med John Dollard omsatte han i början av 1950-talet denna forskning i en inlärningspsykologisk analys av social inlärning, personlighet och psykoterapi, som fått stor genomslagskraft, bl.a. inom beteendeterapin.