Professor Winthrop was een van de belangrijkste wetenschappers in Amerika tijdens de 18e eeuw, en zijn invloed op de vroege vooruitgang in New England was bijzonder significant. Zowel Benjamin Franklin als Benjamin Thompson (Graaf Rumford) hebben waarschijnlijk veel van hun vroege interesse in wetenschappelijk onderzoek te danken aan zijn invloed. Hij had ook een beslissende invloed in de vroege filosofische opvoeding van John Adams tijdens diens tijd aan Harvard., Hij correspondeerde regelmatig met de Royal Society in Londen—als zodanig was hij een van de eerste Amerikaanse intellectuelen die serieus werden genomen in Europa. In 1768 werd hij verkozen tot lid van de nieuw leven ingeblazen American Philosophical Society. Hij werd bekend voor zijn poging om de grote aardbeving van Lissabon van 1755 te verklaren als een wetenschappelijk—in plaats van religieus—fenomeen, en zijn toepassing van wiskundige berekeningen op aardbevingsactiviteit na de grote aardbeving vormde de basis van de claim die namens hem werd gemaakt als de grondlegger van de wetenschap van de seismologie., Daarnaast observeerde hij de transits van Mercurius in 1740 en 1761 en reisde hij naar Newfoundland om een transit van Venus te observeren. Hij reisde in een schip van de provincie Massachusetts-waarschijnlijk de eerste wetenschappelijke expeditie ooit uitgezonden door een beginnende Amerikaanse staat.hij diende als waarnemend president van Harvard in 1769 en opnieuw in 1773, maar weigerde telkens het aanbod van het volledige presidentschap op grond van ouderdom., Tijdens de negen maanden in 1775-1776 toen Harvard verhuisde naar Concord, Massachusetts, Winthrop bezet het huis dat zou worden beroemd als de Wayside, de thuisbasis van Louisa May Alcott en Nathaniel Hawthorne. Daarnaast was hij actief geà nteresseerd in publieke aangelegenheden, was voor meerdere jaren een rechter van probate in Middlesex County, was een lid van de Governor ‘ s Council in 1773-74, en vervolgens bood het gewicht van zijn invloed aan de patriottische zaak in de revolutie. He published:
- lezing over aardbevingen (1755)
- antwoord aan Mr., Prince ‘ s Letter on Earthquakes (1756)
- verslag van enkele vurige meteoren (1755)
- twee lezingen over de Parallax (1769)