1853-ban a londoni Royal Institution (Királyi Intézet) természetbölcselet-professzorává választották. Tyndall nemcsak munkatársa, de utóda is volt Michael Faraday-nek a Royal Institution élén. Eleinte a kristályok mágneses tulajdonságait tanulmányozta, de 1859-ben a különböző gázok hőelnyelő és hősugárzó képességét kezdte vizsgálni. Megállapította azt a meteorológiai szempontból fontos tényt, hogy a nedves levegő csekély hőmérséklet-változással nyeli el a hőt. A kolloid oldatokban, szuszpenziókban lévő, mikroszkópikus méretűnél is kisebb részeken, nagy molekulákon szóródó fény polarizációs viszonyait vizsgálta, az általa feltárt jelenséget ma Tyndall-effektusnak nevezik. Kísérletekkel támasztotta alá, hogy az ég kék színét a légkör molekuláin szóródó napsugarak okozzák. A jelenségre később Lord Rayleigh adott elméleti magyarázatot. Jelenségcentrikus, terjedelmes termodinamika könyvét magyarra is lefordították és Szily Kálmán előszavával kiadták 1874-ben.