Po kilku, nie przynoszących sukcesów, próbach pisania dla dorosłych zdobył sławę fantastyczną trylogią Mroczne materie kierowaną do młodzieży. W krajach anglojęzycznych stała się pozycją klasyczną i trafiła na pierwsze miejsca list bestsellerów. Inspirowana esejem Heinricha von Kleista „O teatrze marionetek”, wierszami Williama Blake’a i Rajem utraconym Johna Miltona, wychodzi poza ramy powieści dla dzieci. Pullman ukazał rozterki moralne, zdradę, miłość i tragizm wyborów, poruszył także takie tematy jak Metafizyka, filozofia i teologia. „Mroczne materie” to historia wojny pomiędzy światami, która doprowadzić ma do upadku Królestwa Niebieskiego i utworzenia Republiki. W równoległym do naszego świecie dziewczynka imieniem Lyra udaje się na mroźną północ, by uratować swojego przyjaciela, ale nie zdaje sobie sprawy, że jej wyprawa ma o wiele większe znaczenie, niż mogła to sobie wyobrażać. Jej ojciec, Lord Asriel, rzuca wyzwanie kościołowi i czczonemu przez niego Autorytetowi, który w miarę rozwoju akcji okazuje się oszustem i kłamcą.
Za antyklerykalny wydźwięk swych powieści Pullman był przez jakiś czas atakowany m.in. przez brytyjskie środowiska kościelne. Sam pisarz uważa się nie za ateistę, a agnostyka, mówiąc, że krytykuje jedynie część instytucji kościelnej, a nie samo chrześcijaństwo.
W 2001 roku Pullman, jako pierwszy w historii, zdobył prestiżową angielską nagrodę literacką – Whitbread Award, dla najlepszej powieści roku. W 2003 roku wydał uzupełnienie do „Mrocznych Materii” – „Oxford Lyry”.