Маршалл хорошо известен тем, что доказал, что бактерия Helicobacter pylori является причиной большинства пептических язв, опровергнув десятилетия медицинской доктрины, согласно которой язвы вызываются стрессом, острой пищей и слишком большим количеством кислоты.
С 1998 по 2003 год он был стипендиатом Бернета в Университете Западной Австралии.