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.
В 1979 году Маршалл стал врачом-регистратором Королевской больницы Перта.