प्रोफेसर थॉर्नटन भौतिकी और सामान्य विज्ञान शिक्षा पर शोध करते हैं। उनका शोध उद्देश्य स्नातक भौतिकविदों को विश्वविद्यालय और कॉलेज के प्रोफेसर बनने के लिए प्रशिक्षित करना है। वह स्थानीय, क्षेत्रीय और राज्य स्तर पर शिक्षक सुधार परियोजनाओं में सक्रिय रहे हैं, और उन्होंने के -8 शिक्षकों के लिए प्रमुख विज्ञान शिक्षकों के रूप में प्रशिक्षित करने के लिए भौतिक विज्ञान में एक पाठ्यक्रम विकसित किया है। इसने प्रोफेसर थॉर्नटन द्वारा विकसित किट का उपयोग करते हुए, व्यावहारिक विज्ञान पर ध्यान केंद्रित करने वाले K-12 शिक्षकों के लिए एक राज्यव्यापी टेलीविज़न पाठ्यक्रम का नेतृत्व किया। इनमें से आठ पाठ्यक्रम विकसित किए गए हैं। छात्रों ने अनुभव विकसित करने और सामग्री प्राप्त करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। प्रोफेसर थॉर्नटन फिल्मों के व्याख्यान और प्रदर्शन जो पूरे वर्जीनिया में स्थानीय स्थानों पर दिखाए जाते हैं क्योंकि स्थानीय सहायक प्रोफेसर शिक्षकों को व्यावहारिक अनुभवों के साथ सहायता करते हैं। इन पाठ्यक्रमों में अनुसंधान का विकास जारी रहेगा, और भौतिकी शिक्षा में प्रमुखता प्राप्त करने के इच्छुक छात्रों की तलाश की जाती है।
वर्तमान में अध्ययन के तहत अनुसंधान के अन्य क्षेत्रों में शामिल हैं 1) दूरस्थ शिक्षा पाठ्यक्रमों का विकास, 2) बड़े इंजीनियरिंग और भौतिकी पाठ्यक्रमों के लिए समस्या कथा अनुभागों को एक वैचारिक विकास सत्र में बदलना, और 3) बड़े व्याख्यान पाठ्यक्रमों में सहयोगात्मक शिक्षा पर जोर। ये परियोजनाएं संभव हैं एमएस और पीएच.डी. थीसिस परियोजनाओं।