Le Professeur Winthrop était l’un des hommes les plus éminents de la science en Amérique au cours du 18ème siècle, et son impact sur son avance précoce en Nouvelle-Angleterre a été particulièrement important. Benjamin Franklin et Benjamin Thompson (Comte Rumford) doivent probablement une grande partie de leur intérêt précoce pour la recherche scientifique à son influence. Il a également eu une influence décisive dans L’éducation philosophique précoce de John Adams pendant le temps de ce dernier à Harvard., Il correspond régulièrement avec la Royal Society de Londres—à ce titre, il est l’un des premiers intellectuels américains à être pris au sérieux en Europe. Il a été élu à l’American Philosophical Society en 1768. Il a été connu pour avoir tenté d’expliquer le grand tremblement de terre de Lisbonne de 1755 comme un phénomène scientifique—plutôt que religieux—, et son application de calculs mathématiques à l’activité sismique après le grand tremblement de terre a formé la base de la revendication faite en son nom en tant que fondateur de la science de la sismologie., De plus, il a observé les transits de mercure en 1740 et 1761 et s’est rendu à Terre-Neuve pour observer un transit de Vénus. Il a voyagé dans un navire fourni par la Province du Massachusetts—probablement la première expédition scientifique jamais envoyée par un État américain naissant.
Il a été président par intérim de Harvard en 1769 et de nouveau en 1773, mais a chaque fois décliné l’offre de la présidence complète pour des raisons de vieillesse., Pendant les neuf mois de 1775-1776 où Harvard déménage à Concord, dans le Massachusetts, Winthrop occupe la maison qui deviendra célèbre sous le nom de Wayside, où vivent Louisa May Alcott et Nathaniel Hawthorne. De plus, il s’intéressa activement aux affaires publiques, fut pendant plusieurs années juge d’homologation dans le comté de Middlesex, fut membre du Conseil du gouverneur en 1773-1774 et, par la suite, offrit le poids de son influence à la cause patriotique pendant la Révolution. Il a publié:
- Conférence sur les Tremblements de terre (1755)
- Réponse à M., Lettre du Prince sur les tremblements de terre (1756)
- compte rendu de quelques météores ardents (1755)
- deux conférences sur la parallaxe (1769)