1957-ben megjelent Mondattani szerkezetek, majd az 1968-as Nyelv és elme című munkáiban megalkotta az "univerzális nyelvtan" fogalmát. Alapgondolata, hogy az ember elmebeli képessége, amely alkalmassá teszi arra, hogy anyanyelvét elsajátítsa, az emberiség minden egészséges egyedénél egyforma. A nyelvek változatosságának sem kulturális, sem faji különbségekhez nincs köze, csupán a történeti véletlennek köszönhető. Chomsky (a strukturalistákkal karöltve) mondta ki először, hogy a nyelvészet természettudomány, mely matematikai eszközökkel képes modellálni azoknak a rendszereknek a működését, melyeket fel akar tárni. Chomsky a Mondattani szerkezetekben matematikai modellt alkotott, amellyel a leíró nyelvészetet "formalizálta". A nyelveknek felszíni és mélystruktúráját különbözteti meg, utóbbi a nyelv alapja, amely bizonyos transzformációk révén létrehozza a felszíni struktúrákat, azaz a nyelvi megnyilvánulásokat. Megalkotta a Chomsky-hierarchiát, amelyben formalizálta és négy csoportba osztotta a generatív nyelvtanokat.

Chomsky a szélesebb közönség előtt azonban nem annyira a szűkebb szakma számára is csak igen komoly erőfeszítés árán befogadható elméleteivel, hanem sarkos politikai-közéleti megnyilvánulásaival lett ismert. A magát libertariánus szocialistaként jellemző tudós bírálja az Egyesült Államok világhatalmi törekvéseit, a vietnami háborúban való részvételt, az iraki szerepvállalás kapcsán Amerika háborús szenvedélyéről beszélt, hazáját a világ legfőbb terrorista államának tekinti. Véleménye szerint a szabadság látszata ellenére a nyugati társadalmak fölött a nagyvállalatok uralkodnak, akik hatalmukat a propaganda révén gyakorolják és bírálja a környezetvédőket is, akik akarva-akaratlan e vállalatok érdekében lépnek fel.

Chomsky ötvenhárom éve a híres Massachusetts Institute of Technology (MIT) professzora és előadója, számos tudományos társaság és akadémia tagja, számos kitüntetés birtokosa. A nyelvész professzor 2004-ben a Magyar Tudományos Akadémián tartott előadást a biolingvisztika és az emberi minőség címmel.