Pada 1958, ia berkolaborasi dengan Franco Modigliani untuk menulis The Cost of Capital, Corporate Finance and the Theory of Investment. Karya ini mendorong penolakan fundamental pada pandangan tradisional dalam corporate finance, yang menurutnya sebuah badan hukum bisa mengurangi biaya modalnya dengan menemukan perbandingan utang-keadilan. Menurut Miller-Modigliani, di sisi lain, tidak ada perbandingan yang benar, sehingga manajer badan hukum itu harus mempertimbangkan mengecilkan tanggung jawab pajak dan memaksimalkan keuntungan bersih, tak peduli akibatnya.
Cara di mana mereka tiba pada kesimpulan ini menggunakan argumen "tanpa arbitrase", yaitu alasan bahwa setiap urusan yang akan memungkinkan pedagang tiap instrumen pasar yang akan menciptakan mesin uang tanpa risiko akan lenyap secara bersamaan, yang mengatur pola banyak argumen berdasarkan alasan ini pada tahun-tahun berikutnya.