Wilson erhöll 1978 tillsammans med Arno A. Penzias Nobelpriset i fysik för upptäckten 1965 av den kosmiska bakgrundsstrålningen i radioområdet. Vid studiet av olika bruskällor som störde kommunikationen med artificiella satelliter fann de två forskarna en från alla delar av himlen kommande strålning, vilken av astrofysiker i Princeton förklarades som reststrålningen från universums