Эдвард Лоренц прославился своими исследованиями в области теории хаоса, в рамках которой он открыл так называемый "эффект бабочки", описывающий чувствительную зависимость поведения системы от начальных условий. Свое открытие он иллюстрировал примером бабочки из Бразилии, взмах крыла которой вызывает цепочку сложных климатических изменений и приводит к урагану в Техасе.
Эдвард Лоренц являлся иностранным членом по Отделению океанологии, физики атмосферы и географии (геофизическая гидродинамика) АН СССР (с 1991 – РАН) с 27 декабря 1988 года. В 2004 он был награжден Большой золотой медалью имени М. В. Ломоносова.