Grâce à l'interféromètre très sensible qu'il mit au point, il montra, en collaboration avec E. W. Morley, qu'il était impossible de mettre en évidence le déplacement de la Terre par rapport à un hypothétique éther, milieu supposé propager les ondes électromagnétiques, les vitesses relatives de la lumière dans différentes directions étant égales. Le résultat de ces expériences, longtemps inexpliqué, a joué un rôle dans l'élaboration de la théorie de la relativité. (Prix Nobel 1907.)
