邁克爾遜的名字是和邁克爾遜幹涉儀及邁克爾遜－莫雷實驗聯系在壹起的，實際上這也是邁克爾遜壹生中最重要的貢獻。在邁克爾遜的時代，人們認為光和壹切電磁波必須借助絕對靜止的“以太”進行傳播，而“以太”是否存在以及是否具有靜止的特性，在當時還是壹個謎。有人試圖測量地球對靜止“以太”的運動所引起的“以太風”，來證明以太的存在和具有靜止的特性，但由於儀器精度所限，遇到了困難。麥克斯韋曾於1879年寫信給美國航海年歷局的D.P.托德，建議用羅默的天文學方法研究這壹問題。邁克爾遜知道這壹情況後，決心設計出壹種靈敏度提高到億分之壹的方法，測出與有關的效應。
1881年他在柏林大學亥姆霍茲實驗室工作，為此他發明了高精度的邁克爾遜幹涉儀，進行了著名的以太漂移實驗。他認為若地球繞太陽公轉相對於以太運動時，其平行於地球運動方向和垂直地球運動方向上，光通過相等距離所需時間不同，因此在儀器轉動90°時，前後兩次所產生的幹涉必有0.04條條紋移動。邁克爾遜用最初建造的幹涉儀進行實驗，這臺儀器的光學部分用蠟封在平臺上，調節很不方便，測量壹個數據往往要好幾小時。實驗得出了否定結果。
1884年在訪美的瑞利、開爾文等的鼓勵下，他和化學家莫雷（Morley,Edward Williams，1838～1923）合作，提高幹涉儀的靈敏度，得到的結果仍然是否定的。1887年他們繼續改進儀器，光路增加到11米，花了整整5天時間，仔細地觀察地球沿軌道與靜止以太之間的相對運動，結果仍然是否定的。這壹實驗引起科學家的震驚和關註，與熱輻射中的“紫外災難”並稱為“科學史上的兩朵烏雲”。隨後有10多人前後重復這壹實驗，歷時50年之久。對它的進壹步研究，導致了物理學的新發展。邁克爾遜的另壹項重要貢獻是對光速的測定。早在海軍學院工作時，由於航海的實際需要，他對光速的測定開始感興趣。
1879年開始光速的測定工作。他是繼菲佐、傅科、科紐之後，第四個在地面測定光速的。他得到了嶽父的贈款和政府的資助，使他能夠有條件改進實驗裝置。他用正八角鋼質棱鏡代替傅科實驗中的旋轉鏡，由此使光路延長600米。返回光的位移達133毫米，提高了精度，改進了傅科的方法。他多次並持續進行光速的測定工作，其中最精確的測定值是在1924～1926年，在南加利福尼亞山間22英裏長的光路上進行的，其值為（299796±4）km/s。邁克爾遜從不滿足已達到的精度，總是不斷改進，反復實驗，孜孜不倦，精益求精，整整花了半個世紀的時間，最後在壹次精心設計的光速測定過程中，不幸因中風而去世，後來由他的同事發表了這次測量結果。