odkrycie to zostało jednak zapomniane); niezależnie w latach 60. XX wieku, radziecki kosmolog Jakow Zeldowicz oraz Amerykanin Robert H. Dicke.
Odkrycia dokonano podczas prób nowej anteny Holmdel Horn Antenna – przeznaczonej do zastosowań komercjalnych. Odkrywcy interpretowali dochodzący z zewnątrz szum jako wynikający z samej konstrukcji anteny, posunęli się nawet do czyszczenia anteny z odchodów gołębi jako potencjalnego źródła szumu. Przypadkiem o ich kłopotach dowiedział się Dicke, który odwiedził naukowców i prawidłowo zinterpretował naturę szumu, którego obecność przewidział teoretycznie.
W 1970 roku wraz z zespołem, którym kierował, dokonał odkrycia linii widmowych tlenku węgla CO w dziewięciu źródłach galaktycznych, w tym w Mgławicy Oriona. Obserwacje linii widmowych CO stały się standardową metodą śledzenia chłodnego molekularnego gazu międzygwiezdnego, a wykrycie CO było znaczącym wydarzeniem dla radioastronomii milimetrowej i submilimetrowej.
Kontrowersje wokół przyznania nagrody Nobla Przyznanie Wilsonowi wraz z Arnem Penziasem Nagrody Nobla wzbudziło kontrowersje w środowisku naukowym.