Mills framställde optiskt aktiva, organiska föreningar bestående av kirala molekyler utan någon asymmetrisk kolatom, bland dem en spirocyklisk förening 1921 och ett allenderivat 1936. Han gav 1926 förklaringen till vissa bifenylderivats atropisomeri och löste en rad stereokemiska problem också rörande kväve- och metallkomplexföreningar.