Эдвард Чейс Толмен родился 14 апреля 1886 г. в Вест-Ньютоне, штат Массачусетс, США. Он рос в состоятельной либеральной семье, его отец занимался частным бизнесом. Сначала Толмен поступил в Массачусетский технологический институт, где изучал электронную инженерию. Обучаясь на последнем курсе, он увлекся психологией ив 1911 г. поступил в Гарвардский университет на факультет философии и психологии.
В то время в университете работал ученый Мюнстерберг, который организовал при Гарварде экспериментальную лабораторию, где и стал работать Толмен. Исследования, проведенные здесь и ставшие основой его диссертации, были посвящены влиянию запахов на запоминание бессмысленных слогов. В 1912 г. он защитил магистерскую, а через три года — докторскую диссертацию. Огромное влияние на взгляды Толмена оказали теории Уильяма Джемса и Д.Б. Уотсона. С трудами этих психологов Толмена познакомил Йеркс, преподававший в Гарварде сравнительную психологию.
У. Джеймс критиковал атомистический взгляд на сознание и придерживался мнения, что сложные отношения могут восприниматься непосредственно, без разделения их на элементарные составляющие. Эта точка зрения была развита многими его учениками и последователями, в том числе и Толменом.
В 1918 г. Толмен перешел из Северо-Западного университета в университет Беркли в Калифорнии и начал преподавать новый курс сравнительной психологии, который базировался на моделях Йерк-са. Кроме того, ученый проводил экспериментальные исследования по обучению крыс в лабиринте.
Теории бихевиоризма, с которыми столкнулся Толмен, противопоставляли себя психологии. Ученый поставил задачу избавиться от этого противопоставления, определив понятия психологии сознания через данные поведения.
Вместе со своими студентами Толмен проводил эксперименты по латентному научению, методу проб и ошибок, примененному к обучению крыс. Так как его теория занимала промежуточное место среди распространенных в то время различных теорий, Толмену необходимо было найти признание среди коллег-бихевиористов, а также показать, что он в состоянии оценить все сложности поведения. Результаты этих исследований, опубликованные в середине 1920-х гг., расходились с теориями «стимул-реакция», доминировавшими после 1930 г.
В книге «Целенаправленное поведение у животных и человека», изданной в 1932 г., Толмен описал свою теорию, возникшую на основе проведенных лабораторных исследований. Основой этой теории стали введенные им понятия промежуточных переменных, представляющих собой совокупность познавательных и побудительных факторов, действующих между непосредственным стимулом и ответным поведением. Выводя основные принципы теории, Толмен основывался на двух классах промежуточных переменных: по-требностных, как например потребность в пище, безопасности, сексуальное влечение, и познавательных (восприятие, умения).
Главной задачей психологии Толмен считал сведение психических явлений к серии функциональных отношений, при помощи которых можно их предсказывать и контролировать. В качестве основной предпосылки он брал утверждение о том, что низшие и высшие животные познают мир только в целях поведения. Отсюда он делал вывод, что, если в мире есть что-то, что не может быть познано таким способом, значит, оно не может быть познано вообще.
В своих теориях Толмен называл поведение молярным, противопоставляя это понятие существовавшей в то время теории «молекулярного» поведения.