Professor Winthrop var en av de främsta vetenskapsmännen i Amerika under 1700-talet, och hans inverkan på dess tidiga framsteg i New England var särskilt betydande. Både Benjamin Franklin och Benjamin Thompson (greve Rumford) var förmodligen skyldiga mycket av sitt tidiga intresse för vetenskaplig forskning till hans inflytande. Han hade också ett avgörande inflytande i John Adams tidiga filosofiska utbildning under senare tid vid Harvard., Han motsvarade regelbundet med Royal Society i London—som sådan var han en av de första amerikanska intellektuella som togs på allvar i Europa. Han valdes till det återupplivade amerikanska filosofiska samhället 1768. Han noterades för att försöka förklara den stora jordbävningen i Lissabon 1755 som ett vetenskapligt—snarare än religiöst-fenomen, och hans tillämpning av matematiska beräkningar på jordbävningsaktivitet efter det stora skalvet utgjorde grunden för påståendet som gjordes för hans räkning som grundare av vetenskapen om seismologi., Dessutom observerade han transiterna av kvicksilver 1740 och 1761 och reste till Newfoundland för att observera en transitering av Venus. Han reste i ett fartyg som tillhandahålls av provinsen Massachusetts-förmodligen den första vetenskapliga expeditionen någonsin skickats ut av någon begynnande amerikansk stat.
han tjänstgjorde som tillförordnad president för Harvard 1769 och igen 1773, men varje gång avböjde det fullständiga ordförandeskapets erbjudande på grund av ålderdom., Under de nio månaderna 1775-1776 när Harvard flyttade till Concord, Massachusetts, ockuperade Winthrop huset som skulle bli känt som Wayside, hem till Louisa May Alcott och Nathaniel Hawthorne. Dessutom var han aktivt intresserad av offentliga angelägenheter, var i flera år domare av bouppteckning i Middlesex County, var medlem av guvernörens råd 1773-74 och erbjöd därefter vikten av hans inflytande till den patriotiska orsaken i revolutionen. Han publicerade:
- föreläsning om jordbävningar (1755)
- svar på Mr., Prinsens brev om jordbävningar (1756)
- redogörelse för några eldiga meteorer (1755)
- två föreläsningar om parallaxen (1769)