ใน ค.ศ. 1963 มิลแกรมส่งผลของการทดลองเกี่ยวกับการเชื่อฟังของเขาในงานวิจิย "การวิจัยพฤติกรรมของการเชื่อฟัง (Behavioral Study of Obedience)" ด้วยกรณีโต้แย้งจากการทดลองของเขาสมาคมจิตวิทยาศาสตร์สหรัฐอเมริกา (American Psychological Association) ยั้งการสมัครการสมาชิกของเขาไว้เป็นเวลาหนึ่งปี เพื่อตั้งคำถามเกี่ยวกับจริยธรรมของการทดลองของเขา ทว่าในที่สุดก็ให้เขาเป็นสมาชิก สิบปีต่อมา ในค.ศ. 1974 มิลแกรมตีพิมพ์ การเชื่อฟังผู้มีอำนาจ (Obedience to Authority) เขาได้รับรางวัล AAAS Prize for Behavioral Science Research ในค.ศ. 1964 จากงานเกี่ยวกับมุมมองด้านสังคมของการเชื่อฟังเป็นส่วนใหญ่[24] ด้วยความที่ได้รับแรงบันดาลใจส่วนหนึ่งจากการตัดสินคดีของอดอล์ฟ ไอชมันน์ในค.ศ. 1961 แบบจำลองของเขาถูกใช้ ในเวลาต่อมาเพื่ออธิบายการสังหารหมู่ที่หมีลายในค.ศ. 1961 (รวมไปถึงการฝึกฝนภายใต้ผู้มีอำนาจในการทหาร การมองศัตรูว่าไม่ใช่คนโดยใช้ความแตกต่างทางเชื้อชาติหรือวัฒนธรรม เขาทำภาพยนตร์เกี่ยวกับการทดลองของเขาซึ่งถูกเรียกว่าเป็นตัวอย่างแบบดั้งเดิมของจิตวิทยาทางสังคม

บทความใน American Psychologist [25] สรุปการทดลองเกี่ยวกับการเชื่อฟังของมิลแกรมไว้ดังนี้

ในตัวอย่างต้นแบบของมิลแกรม ผู้รับการทดลองเดินเข้าไปในห้องทดลอง โดยเชื่อว่าเขากำลังจะร่วมในการทดลองเกี่ยวกับการศึกษาความจำและการเรียนรู้ หลังได้รับมอบหมายให้รับบทเป็นครู ผู้รับการทดลองถูกบอกให้สอนการเชื่อมโยงคำศัพท์ให้กับผู้รับการทนลองอีกคนหนึ่ง (ผู้ที่จริงแล้วเป็นผู้ทดลอง) วิธีการสอนนั้น ผิดจากปกติ โดยมีการใช้ไฟฟ้าแรงสูงขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อช็อตผู้เรียน เมื่อความแรงของกระแสไฟฟ้าถึงจุดหนึ่ง ผู้รับการทดองจะพบกับความขัดแย้ง ด้านหนึ่ง ผู้เรียนซึ่งถูกมัดอยู่บอกว่าเขาอยากเป็นอิสระและดูเจ็บปวด การทำการทดลองต่อไปอาจส่งผลกระทบต่อสุขภาพของผู้เรียน อีกด้านหนึ่ง เมื่อถูกถามผู้ทดลองยืนยันว่าผู้เรียนไม่ได้อ่อนแออย่างที่เห็นและครูควรสอนต่อไป ผลการทดลองตรงข้ามกับทั้งที่ผู้เชี่ยวชาญและคนทั่วไปคาดไว้ ประมาณ 65% ของผู้รับการทดลองทำการช็อตไฟฟ้าต่อไปถึงระดับสูงสุด

การทดลองหลังจากนั้น พบว่าผลลัพธ์แบบนี้เกิดขึ้นในสถานการณ์ที่ผู้ร่วมทดลองเชื่อว่าผลการทดลองนั้นสำคัญต่อข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น[26]

มิลแกรมเชื่อว่า "แก่นของการเชื่อฟังประกอบไปด้วยความจริงที่คนมองตนเองเป็นเพียงเครื่องมือเพื่อกระทำตามความต้องการของอีกคน และดังนั้นเขามองว่าตนเองไม่ได้มีความรับผิดชอบต่อการกระทำของเขา เมื่อคนมีมุมมองตามนี้แล้ว ลักษณะอื่น ๆ ของการเชื่อฟังจะตามมา" ดังนั้น "ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดสำหรับผู้รับการทดลอง คือการกลับมาควบคุมตนเองหลังตกลงที่จะทำตามความตั้งใจของผู้ทดลอง"[27] นอกจากนี้ มิลแกรมยังเสนอปัจจัยอื่นที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อฟังของผู้รับการทดลอง เช่น ความสุภาพ ความอึดอัดที่จะล้มเลิก การเชื่อในมุมมองทางเทคนิกของงาน ความเชื่อที่การทดลองจะให้ผลลัพธ์ที่ดี และความกังวล

คำอธิบายอีกมุมมองหนึ่ง[25] ของผลลัพธ์ของมิลแกรมชี้ว่า ความยึดมั่นอยู่กับความเชื่อ (belief perseverance) อาจเป็นปัจจัยที่แท้จริง "สิ่งที่คนไม่สามารถทำใจให้เชื่อได้ คือความจริงที่ผู้มีอำนาจซึ่งดูมีความเมตตานั้นแท้จริงแล้วเป็นอันตราย แม้พวกเขาจะเจอหลักฐานมากมายที่ฟ้องว่าผู้มีอำนาจนั้นอันตราย ดังนั้นเหตุผลแท้จริงของการกระทำอันน่าตกใจของผู้รับการทดลองอาจเพียงมาจากแนวคิด และไม่ใช่ 'ความสามารถของมนุษย์ที่จะละทิ้งมนุษยชาติของเขา เมื่อผสมผสานบุคลิกลักษณะส่วนตัวของเขาให้เป็นโครงสร้างสถาบันขนาดใหญ่ขึ้น' อย่างที่ถูกกล่าวหา"

การทดลองเกี่ยวกับการเชื่อฟังของมิลแกรมถูกโจมตีเป็นวงกว้าง นักวิจารณ์บางคนโต้เถียงว่าความถูกต้องของการทดลองเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการแสดงของทั้งผู้ทำการทดลองและผู้เรียน และผู้รับการทดลองส่วนใหญ่น่าจะรู้สึกถึงความไม่สมจริงของสถานการณ์ หลายคนยังตั้งคำถามเกี่ยวกับการเปรียบเทียบระหว่างการทดลองเหล่านี้กับโลกแห่งความจริง

คำวิจารณ์ที่สร้างความเสียหายมากที่สุดนั้นเกี่ยวกับจริยธรรมของการออกแบบการทดลอง ศาสตราจารย์มิลแกรมรู้สึกว่า ความไม่ไว้วางใจในการทดลองของเขาเกิดจากผลลัพธ์อันไม่เป็นที่น่าพอใจ มิลแกรมเขียนไว้ว่า "ภายใต้การวิจารณ์ของการทดลอง คืออีกหนึ่งแบบจำลองของธรรมชาติมนุษย์ซึ่งกล่าวว่าเมื่อต้องเลือกละหว่างการทำร้ายคนอื่นกับการทำตามผู้มีอำนาจ คนปกติจะปฏิเสธที่จะทำตาม" [28]

แดเนียล เรเวอร์ หวนคิดว่า:

แม้ความสนใจส่วนตัวของมิลแรมมีความหลากหลาย ผลงานในวงการจิตวิทยาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเขามาจากการทดลองเพียงหนึ่งชุดซึ่งได้มีส่วนร่วมอย่างมีความหมาย เขาช่วยพิสูจน์วิทยาศาสตร์ในด้านที่หลาย ๆ คน มองว่าไม่สำคัญ มีส่วนร่วมในการเข้าใจมนุษยชาติ และยังมีส่วนร่วมในเรื่องของการการรักษาพยาบาลของผู้เข้าร่วมทดลอง