1994-ben kémiai Nobel-díjat kapott „a karbokation kémiához való hozzájárulásáért”.

Oláh György a legjelentősebbnek tartott eredményét a karbokationok kutatásával érte el. A karbokationok a szerves vegyületek olyan származékai, amelyekben pozitív töltésű szénatom található. Ezek hosszú ideig csupán feltételezett átmeneti termékeknek számítottak, mivel úgynevezett elektronhiányos rendszerek és így erős elektrofil tulajdonsággal rendelkeznek. Ennek egyik megnyilvánulása, hogy nagy a reaktivitásuk, de az élettartamuk néha csupán néhány nanoszekundum (10-9, a másodperc ezermilliomod része). A rövid élettartam miatt nem alakulhat ki számottevő koncentrációjuk, ezért a vegyészek úgy gondolták, hogy megfigyelésük, izolálásuk, netán előállításuk gyakorlatilag lehetetlen.
Az 1960-as évek elején Oláh és munkatársai felfedezték, hogy elő lehet állítani stabil karbokationokat egy új típusú, különösen savas vegyületek felhasználásával amelyek sokkal erősebbek, mint az olyan klasszikus savak, mint például a kénsav, a sósav. Ezek az új savak "szupersav”-akként váltak ismertté. Előállítható szupersav például hidrogén-fluoridból (HF) és antimon-pentafluoridból (SbF5).
Oláh tanulmányozta a karbokationok gyakorlati alkalmazását is új és fontos szerves vegyületek egyszerű szintézisénél, valamint olcsó módszereket dolgozott ki szupersav katalizátorok használatával. Munkái döntötték meg a szén négyvegyértékűségének dogmáját.
Oláh 1972-ben megjelent közleményében felvetette egy általánosabb definíció szükségességét és ő javasolta ekkor, hogy a szénvegyületek kationjaira a "karbokation" nevet használják. Az IUPAC ezt a nevet az általánosan elfogadott elnevezések közé sorolta.
Ő a kidolgozója a globális felmelegedés problémájára is megoldást kínáló, nagy érdeklődést kiváltó direkt metanolos tüzelőanyag-cellának. Az üzemanyagcellák károsanyag-kibocsátása jóval alacsonyabb, mint a hagyományos, szénhidrogén-meghajtású hőerőgépek. Leggyakrabban bennük hidrogént használnak üzemanyagként. Oláh a hidrogént helyettesítette a könnyebben előállítható és tárolható metanollal, ami a legegyszerűbb telített alkohol Az energiacellát működtető metanolt szén-dioxidból állítják elő, a folyamat végén pedig víz keletkezik. A direkt metanolos tüzelőanyagcella közvetlenül alakítja át a metanolt (vagy más folyékony szerves tüzelőanyagot) elektromos árammá egy úgynevezett polimer elektrolit membrán segítségével. Elektromos energia tárolására is alkalmas, hatásfoka jobb az ismert akkumulátorokénál. Mai tudásunk szerint a direkt metanolos tüzelőanyag-cellával működő gépjárművek gyártására minden technikai feltétel adott.
Oláh György a kémia más területein is jelentős eredményeket ért el. Erről meggyőzően tanúskodik több mint ezer (!) tudományos publikációja, mintegy száz benyújtott és elfogadott szabadalma, valamint azon tudományos szakkönyvei, amelyek a szerves kémiának fontos területeit ölelik fel.