[2]​[3]​ Cardelli es conocido por sus investigaciones en la teoría de tipos y la semántica operacional.

[4]​[5]​ Entre otras contribuciones, ayudó a diseñar Modula-3, implementó el primer compilador para el lenguaje de programación funcional (no puro) ML, y definió el concepto de programación dirigida por tipos.

Ayudó a desarrollar el lenguaje de programación experimental Polyphonic C#.

Antes de unirse a Microsoft Research en 1997, trabajó para los Laboratorios Bell y Digital Equipment Corporation, y realizó contribuciones al software de Unix, incluyendo vismon.

En 2007, Cardelli recibió el premio Senior AITO Ole-Johan Dahl y Kristen Nygaard.