Er übersetzte unter anderem das mittelalterliche astronomische Lehrbuch De sphaera mundi von Johannes de Sacrobosco. Bekannt ist er vor allem für seine achtbändige Wissenschaftsgeschichte A History of Magic and Experimental Science, die ab 1923 erschien und die von der Frühzeit des Christentums bis in die frühe Neuzeit reicht. Sie behandelt auch die Geschichte der Alchemie. Im Gegensatz zu Jacob Burckhardt sah er keinen entscheidenden Bruch vom Mittelalter zur Renaissance in Italien.
Alchemy during the first half of the sixteenth century. In: Ambix. Band 2, 1938, S. 26–37.
als Hrsg. mit Francis S. Benjamin Jr.: The herbal of Rufinus [= Liber De virtutibus herbarum …], edited from the unique manuscript. Chicago 1945; anastatische Nachdrucke ebenda 1946 und 1949 (= [nur die Nachdrucke] Corpus of mediaeval scientific texts. Band 1).
‚Unde versus‘. In: Traditio. Band 11, 1955, S. 163–193.
mit Pearl Kibre: A catalogue of incipits of mediaeval scientific writings in Latin. 2. Auflage. Cambridge (Massachusetts) 1963 (= The mediaeval academy of America. Band 29).
Michael H. Shank: Lynn Thorndike (1882–1965), in: Helen Damico, Joseph B. Zavadil (Hrsg.): Medieval Scholarship. Biographical Studies on the Formation of a Discipline, Volume 1: History (= Garland Reference Library of the Humanities, Band 1350), Garland Publishing, New York 1995, ISBN 0-8240-6894-7, S. 185–204.