Профессор Торнтон занимается исследованиями в области физики и общего естественнонаучного образования. Целью его исследований является подготовка дипломированных физиков для профессоров университетов и колледжей. Он принимал активное участие в проектах повышения квалификации учителей на местном, региональном и государственном уровне и разработал курс физических наук для учителей K-8, чтобы подготовить их как ведущих учителей естественных наук. Это привело к тому, что по всему штату для учителей K-12 был организован телевизионный курс, посвященный практическим наукам, с использованием комплектов, разработанных профессором Торнтоном. Было разработано восемь таких курсов. Студенты сыграли важную роль в развитии опыта и получении материалов. Профессор Торнтон снимает лекции и демонстрации, которые демонстрируются в разных местах по всей Вирджинии, когда местные адъюнкт-профессора помогают учителям с практическим опытом. Исследования в рамках этих курсов будут продолжать развиваться, и будут востребованы студенты, желающие получить специальность в области физического образования.
Другие области исследований, которые в настоящее время изучаются, включают 1) разработку курсов дистанционного обучения, 2) изменение разделов повествования о проблемах для крупных инженерных и физических курсов на сеанс концептуальной разработки и 3) акцент на совместное обучение в больших лекционных курсах. Эти проекты возможны MS и Ph.D. Дипломные проекты.