Professor Winthrop oli üks 18. sajandi Ameerika silmapaistvamaid teadlasi ja tema mõju selle varase arengule Uus-Inglismaal oli eriti märkimisväärne. Nii Benjamin Franklin kui ka Benjamin Thompson (krahv Rumford) võlgnesid tõenäoliselt palju oma varase huvi teaduslike uuringute vastu tema mõjule. Tal oli ka otsustav mõju John Adamsi varases filosoofilises hariduses tema Harvardi-aegsel ajal. Ta kirjutas regulaarselt Londoni Kuningliku Ühingule. Ta oli üks esimesi Ameerika intellektuaale, keda Euroopas tõsiselt võeti. 1768. aastal valiti ta taaselustatud Ameerika Filosoofilise Ühingu liikmeks. Ta oli tuntud oma katsete eest selgitada 1755. aasta suurt Lissaboni maavärinat.
Tema matemaatiliste arvutuste rakendamine maavärinate aktiivsusele pärast suurt maavärinat moodustas seismoloogia teaduse asutajana tema nimel esitatud väite aluseks. Lisaks sellele jälgis ta 1740. ja 1761. aastal Merkuriuse transiite ning reisis Newfoundlandile, et jälgida Veenuse transiiti. Ta reisis laevaga, mille andis välja Massachusettsi provints - arvatavasti esimene teaduslik ekspeditsioon, mille ükski Ameerika uus osariik kunagi välja saatis.