Наукові роботи відносяться до радіоастрономії. У ранніх роботах досліджував вплив іоносферних неоднорідностей на проходження радіохвиль через іоносферу. У 1964 відкрив явище мерехтіння радіоджерел малих кутових розмірів при проходженні їхнього випромінювання через хмари плазми в міжпланетному просторі, особливо поблизу Сонця (характерний період мерехтінь — порядку 1 с); показав, як характеристики мерехтіння пов'язані з параметрами неоднорідностей міжпланетної плазми і з кутовими розмірами джерела, і використовував явище мерехтіння для вивчення сонячної корони і оцінки розмірів самих малих радіоджерел. У ході цих спостережень студентка Кембриджського університету Дж. Белл, яка працювала під керівництвом Г'юіша, в липні 1967 відкрила джерела пульсуючого радіовипромінювання; незабаром Г'юішем і його співробітниками були відкриті ще три подібних об'єкта, названі пульсарами (перше повідомлення про відкриття опубліковано 9 лютого1968). Г'юїш показав позаземне походження виявленого радіовипромінювання і першим припустив, що воно пов'язане з нейтронними зорями; оцінив відстані до пульсарів за величиною дисперсії швидкості імпульсів в міжзоряному середовищі і показав, що вони розташовані у нашій Галактиці.