Олтмен вивчав каталітичні властивості рибозимарибонуклеаза P. Рибонуклеза P являє собою комплексну частку, що складається зі структурної молекули РНК й одного (у прокаріотів) або декількох (в еукаріотів) білків. Вважалося, що каталітична активність бактеріальної рибонуклеази, що бере участь в процесі дозрівання транспортних РНК, визначається білковою субодиницею. Однак Олтмен і його лабораторія виявили, що однієї молекули РНК, що входить до складу рибонуклеази, достатньо для здійснення каталітичної активності. Таким чином, виявлено, що не тільки ферменти, але і молекули РНК можуть каталізувати хімічні реакції. Цікаво, що пізніше він виявив, що на відміну від бактеріальної рибонуклеази в еукаріотичному комплексі рибонуклези P білкова частина необхідна для каталізу.
У 1989 році Олтмен отримав за дослідження каталітичної активності РНК Нобелівську премію з хімії, розділивши її з Томасом Чеком.