El profesor Thornton investiga la física y la educación científica general. Su objetivo de investigación es formar físicos graduados para ser profesores universitarios y universitarios. Ha participado activamente en proyectos de mejora de maestros a nivel local, regional y estatal, y ha desarrollado un curso de ciencias físicas para maestros de K-8 para capacitarlos como maestros líderes en ciencias. Esto condujo a un curso televisado en todo el estado para maestros de K-12 centrado en la ciencia práctica, utilizando kits desarrollados por el profesor Thornton. Se han desarrollado ocho de estos cursos. Los estudiantes jugaron un papel decisivo en el desarrollo de experiencias y la obtención de materiales. El profesor Thornton filma conferencias y demostraciones que se muestran en lugares locales de Virginia mientras profesores adjuntos locales ayudan a los maestros con experiencias prácticas. La investigación en estos cursos continuará desarrollándose, y se buscan estudiantes que deseen especializarse en educación física.
Otras áreas de investigación actualmente en estudio incluyen 1) el desarrollo de cursos de aprendizaje a distancia, 2) el cambio de secciones narrativas de problemas para grandes cursos de ingeniería y física en una sesión de desarrollo conceptual, y 3) el énfasis en el aprendizaje colaborativo en grandes cursos de conferencias. Estos proyectos son posibles MS y Ph.D. Proyectos de tesis.