Киббл работал над нарушением симметрии (простой пример - мяч на вершине холма может скатиться вниз в любом направлении), фазовыми переходами (простой пример - вода при замерзании превращается в лед) и топологическими дефектами (грубо - точки, линии или поверхности в пространстве, где есть скачок).
Он наиболее известен тем, что совместно с Джеральдом Гуральником и К. Р. Хагеном (GHK) открыл механизм Хиггса (объясняющий, как некоторые, но не все элементарные частицы имеют массу) и предсказал бозон Хиггса (массивную частицу, являющуюся центральным элементом механизма Хиггса). В рамках празднования 50-летия Physical Review Letters журнал признал это открытие одной из важнейших статей в истории PRL. За это открытие профессор Киббл был удостоен премии Американского физического общества за 2010 год имени Дж. Хотя многие считают его автором наиболее полной из ранних работ по теории Хиггса, GHK был спорным образом не включен в Нобелевскую премию по физике 2013 года. В 2014 году нобелевский лауреат Питер Хиггс выразил разочарование тем, что Киббл не был выбран для разделения Нобелевской премии с Франсуа Энглером и им самим.
Киббл стал пионером в изучении образования топологических дефектов в самые ранние времена существования Вселенной. Влиятельная модель образования дефектов через определенный вид фазового перехода известна как механизм Киббла-Зурека. Его работа о космических струнах (линейных дефектах пространства в космических масштабах) ввела эту идею в современную космологию.
Он был одним из двух сопредседателей исследовательской программы, финансируемой Европейским научным фондом (ESF), по космологии в лаборатории (COSLAB), которая осуществлялась с 2001 по 2005 год. Ранее он был координатором сети ESF по топологическим дефектам в физике частиц, конденсированной материи и космологии (TOPDEF). В рамках этих программ изучались аналогии между топологическими дефектами в ранней Вселенной и аналогичными структурными дефектами в жидкостях и твердых телах, которые могут быть изучены в лаборатории. (Для простого примера сети лабораторных топологических дефектов рассмотрим границы между множеством мелких, несогласованных кристаллитов в металле).
В 1966 году Киббл опубликовал учебник "Классическая механика", который до сих пор находится в печати (по состоянию на 2016 год), сейчас в 5-м издании в соавторстве с Фрэнком Беркширом.
Социальная ответственность ученых