Er zijn twee documenten met het volledige bewijs van de Laatste Stelling van Fermat. Een ervan is geschreven door Taylor met Andrew Wiles.
In zijn latere werk bewees Taylor (samen met Michael Harris) de lokale Langlands-conjecturen. Een eenvoudiger bewijs werd bijna op hetzelfde moment voorgesteld door Guy Henniart.
Later, samen met Christophe Breuil, Brian Conrad, en Fred Diamond, voltooide hij het bewijs van de Taniyama-Shimuraconjectuur, door het uitvoeren van zeer moeilijke berekeningen.
Onlangs heeft Taylor, in navolging van de ideeën van Michael Harris, zijn werk met Laurent Clozel, Michael Harris, en Nick Shepherd-Barron verder ontwikkeld. Hij heeft aangekondigd dat hij de Sato-Tate conjectuur heeft bewezen, voor elliptische krommen met niet-integraal j-invarianten. Dit gedeeltelijke bewijs van de Sato-Tate conjectuur maakt gebruik van een stelling van Wiles.