Спецыяліст у галіне тэорыі гравітацыі, астрафізікі, квантавай тэорыі вымярэнняў. Блізкі сябар і калега памерлага Стывена Хокінга. Адзін з заснавальнікаў міжнароднага праекта пошуку гравітацыйных хваль LIGO.
У 1977 годзе сумесна з Ганнай Жыткоў з Кембрыджскага ўніверсітэта высунуў здагадку аб існаванні гіпатэтычнага зорнага аб’екта: чырвонага гіганта з нейтроннай зоркай у якасці ядра — так званы аб’ект Торна-Жыткоў. Першы кандыдат у такія аб’екты, які атрымаў абазначэнне HV 2112, быў адкрыты ў 2014 годзе.
У 1988 годзе апублікаваў з суаўтарамі ў часопісе Physical Review Letters артыкул «Wormholes, time Machines, and the Weak Energy Condition»[10], у якой паказаў, што пабудова машыны часу не супярэчыць тэорыям, прынятым у цяперашні час навуковай супольнасцю.
У 1994 годзе апублікаваў кнігу для шырокага кола чытачоў «Чорныя дзіркі і зморшчыны часу. Дзёрзкая спадчына Эйнштэйна», перакладзеную на шэсць моў[11].
Аўтар ідэі (сумесна з Ліндай Обст) навукова-фантастычнага фільма «Інтэрстэлар» рэжысёра Крыстафера Нолана, які выйшаў на экраны ў 2014 годзе. Ідэя фільма, у якім сучасныя фізічныя тэорыі становяцца асновай сюжэту, з’явілася ў Торна ў сярэдзіне 2000-х гадоў. З гэтай ідэяй ён першапачаткова звярнуўся да Стывена Спілберга, які зацікавіўся ідэяй фільма і запрасіў у якасці сцэнарыста Джонатана Нолана. Пасля разрыву адносін Спілберга са студыяй Universal рэжысёрам карціны стаў Крыстафер Нолан, а Торн стаў навуковым кансультантам і выканаўчым прадзюсарам карціны[12][13].