Ніколсон здобув ступінь доктора філософії від Каліфорнійського технологічного інституту в 1979 році. Його дослідження зосереджені на двох основних напрямах: орбітальна динаміка планетних кілець і дослідження інфрачервоних спостережень планет, їхніх супутників і кілець. Його робота включала дослідження систем кілець Сатурна, Урана та Нептуна за допомогою спостережень «Вояджера» та наземних спостережень покриттів зір. За допомогою 5-метрового телескопа Гейла в Паломарській обсерваторії він спостерігав кілька малих супутників Юпітера і Сатурна, відкритих космічним кораблем «Вояджер». Він досліджував динаміку планетної системи навколо пульсара PSR 1257 + 12[2] та еволюцію обертання природних супутників. Також Ніколсон вивчав зодіакальні пилові смуги, відкриті інфрачервоним супутником IRAS у 1983 році.
Спільно з колегами з Канади та Гарварду він брав участь у відкритті багатьох зовнішніх супутників Урана, Сатурна та Нептуна[3][4][5]. Ніколсон був членом наукової групи Visual Infrared Mapping Spectrometer під час космічної місії Кассіні–Гюйгенс до Сатурна, а також був керівником групи астрономів Корнелла та Каліфорнійського технологічного інституту, які вивчали падіння комети Шумейкерів-Леві 9 на Юпітер у липні 1994 року за допомогою телескопа Гейла.
↑Rasio, F. A.; Nicholson, P. D.; Shapiro, S. L.; and Teukolsky, S. A.; «An Observational Test for the Existence of a Planetary System Orbiting PSR1257 + 12.» Nature 355, 325—326 (1992)
↑Gladman, B.; Kavelaars, JJ; Holman, M.; Petit, J.-M.; Scholl, H.; Nicholson, P. та ін. (September 2000). NOTE: The Discovery of Uranus XIX, XX, and XXI [ Erratum: 2000Icar..148..320G ]. Icarus. 147 (1): 320—324. Bibcode:2000Icar..147..320G. doi:10.1006/icar.2000.6463.