Năm 1940 ông vàPhilip Abelson tạo raneptuni, khi sử dụngcyclotron (máy gia tốc cộng hưởng từ) ở đây làm một thí nghiệm phân hạt nhân củaurani-239 cùng vớineutron. Chất đồng vị của neptuni mới được tìm thấy đã được tạo ra bằng việc hấp thu neutron vào urani-239 và sự phân rã beta tiếp theo. McMillan hiểu rõ nguyên tắc cơ bản của phản ứng và bắt đầu bắn phá urani-239 bằngdeuteri để tạo ranguyên tố 94. Sau đó ông chuyển tới nghiên cứuradar ởHọc viện Công nghệ Massachusetts, vàGlenn T. Seaborg đã hoàn thành công việc nói trên.
Sau chiến tranh, ông vào làm việc trongPhòng thí nghiệm bức xạ Berkeley, và trở thành trưởng phòng, sau khi Ernest Lawrence qua đời năm 1958.
Năm 1945 ông đã đưa ra ý tưởng cải thiện cyclotron, dẫn đến sự phát triển củasynchrotron[1]. Synchrotron được sử dụng để tạo ra các nguyên tố mới ở Phòng thí nghiệm bức xạ Berkeley, mở rộngBảng tuần hoàn vượt xa 92 nguyên tố đã được biết trước năm 1940.
Năm 1946, ông trở thành giáo sư ở Đại học California tại Berkeley. Năm 1954 ông được bổ nhiệm làm phó giám đốc Phòng thí nghiệm bức xạ Lawrence, thăng chức giám đốc năm 1958. Ông tiếp tục làm việc ở đây cho tới khi nghỉ hưu năm 1973.
LBNL (1991)."In Memoriam: Edwin Mattison McMillan".Lawrence Berkeley National Laboratory Research Review.Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 9 năm 2011. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2007.
