Основные работы Бёрбанка посвящены созданию новых сортов растений и улучшению уже существующих сортов. Ученый создал новый вид сливы без косточек, кактус без колючек, который можно употреблять в пищу, орех с тонкой кожурой, айву с запахом ананаса, множество декоративных растений. Вывел белую ромашку с огромными цветками, душистую вербену с запахом жасмина, гвоздику, меняющую цвет лепестков в течение дня. Получил более 100 сортов слив. Бёрбанк читал лекции по теории эволюции в Станфордском университете, был членом многих научных и садоводческих обществ США и Европы. Среди его основных трудов – Лютер Бёрбанк, его методы и открытия (Luther Burbank, His Methods and Discoveries, в 12 томах, 1914–1915); Как обучить растения работать на человека (How Plants are Trained to Work for Man, в 8 томах, 1921); Создание растений для человека (The Training of the Human Plant, 1907). Умер Бёрбанк в Санта-Розе 11 апреля 1926.