Pour l'étude de la fluorescence, il met au point en 1903 un filtre ultraviolet (appelé « verre de Wood ») obtenu par cuisson d'une pâte de dimethyl-nitrosoaniline à laquelle sont incorporés des pigments de fluorescéine. Il réalise ainsi un filtre coupe-bande, qui absorbe tout le spectre visible du rayonnement électromagnétique. Ce composant est à l'origine des lampes dites à lumière noire[2]. Wood découvre que ce filtre laisse passer une partie du rayonnement infrarouge, mais le flux est si faible qu'il faut de longs temps de pose pour obtenir des clichés avec cette lumière non-visible.
Il met au jour le caractère erroné des rayons N du professeur Blondlot à Nancy. Incapable de reproduire les résultats de Blondlot, Wood se rend à Nancy en 1904 pour assister à une démonstration de l'inventeur lui-même. Profitant d'un moment d'inattention de Blondlot, Wood subtilise entre deux essais consécutifs un prisme de l'optique du spectrographe, mais Blondlot prétend observer malgré cela des « rayons N ». Wood relate l'incident dans une lettre à l'éditeur de la revue Nature[2],[4].
Il démontre en 1909 le caractère inexact de l'explication de l'effet de serre par le piégeage des rayons infra-rouge par le verre, simplement en remplaçant le verre ordinaire par de l'halite transparente à ces rayons (l'explication réside principalement dans le blocage de la convection)[5].
Il est également l'auteur, avec Arthur Train, de deux romans de science-fiction, The Man Who Rocked the Earth (1915) et The Moon Maker (1916), la première fiction où apparaisse le thème devenu classique de la modification de la trajectoire d'un astéroïde dangereux pour la Terre.
Il compose également un livre pour enfants illustré par ses soins, Flornithology, ou Comment distinguer les fleurs des oiseaux (How to Tell the Birds from the Flowers)[6].
Depuis 1975, l'Optical Society of America décerne un prix en l'honneur de Robert Wood récompensant des découvertes ou des inventions dans le domaine de l'optique[7].