Badania prowadzone przez Rodericka MacKinnona dotyczyły głównie kanałów jonowych. Aby wyjaśnić zjawisko „filtrowania” jonów przez kanały (przepuszczania wybranych jonów przez kanał, a blokowania innych), MacKinnon zastosował metody rentgenostrukturalne. W 1998 roku wyznaczył pełną trójwymiarową strukturę jednego z kanałów jonowych, transportującego potas przez błony komórkowe. Budowa kanału odkrytego przez MacKinnona powodowała, że jon potasu łatwo oddzielał się od otaczających go cząsteczek wody i przechodził na drugą stronę. Mechanizm ten nie działał dla jonów sodu. MacKinnon zaobserwował również układ molekularny działający jak czujnik, reagujący na warunki panujące w otoczeniu komórki, wysyłając sygnały otwierające i zamykające kanał w odpowiednich momentach.
W 2003 roku Roderick MacKinnon został (wraz z Peterem Agre) uhonorowany Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii za prace nad odkryciem kanałów jonowych w błonach komórkowych. MacKinnon został w szczególności nagrodzony „za badania strukturalne i mechanistyczne kanałów jonowych”, zaś Peter Agre za odkrycie kanałów