Kibble s-a ocupat de ruperea simetriei (exemplu simplu - o minge în vârful unui deal se poate rostogoli în orice direcție), tranziții de fază (exemplu simplu - apa se transformă în gheață când îngheață) și defecte topologice (în linii mari - puncte, linii sau suprafețe în spațiu unde există un salt).
Este cunoscut mai ales pentru descoperirea în colaborare cu Gerald Guralnik și C. R. Hagen (GHK) a mecanismului Higgs (care explică cum unele particule elementare, dar nu toate, au masă) și pentru prezicerea bosonului Higgs (o particulă masivă care ocupă un loc central în mecanismul Higgs). În cadrul celebrării celei de-a 50-a aniversări a revistei Physical Review Letters, revista a recunoscut această descoperire ca fiind una dintre lucrările de referință din istoria PRL. Pentru această descoperire, profesorul Kibble a primit premiul J. J. Sakurai 2010 al Societății Americane de Fizică pentru Fizica teoretică a particulelor. Deși este considerat pe scară largă ca fiind autorul celei mai complete dintre primele lucrări privind teoria Higgs, GHK nu a fost inclus, în mod controversat, în cadrul Premiului Nobel pentru Fizică din 2013. În 2014, Peter Higgs, laureat al Premiului Nobel, și-a exprimat dezamăgirea că Kibble nu a fost ales să împartă Premiul Nobel cu François Englert și cu el însuși.
Kibble a fost un pionier în studiul formării defectelor topologice în perioada foarte timpurie a existenței universului. Un model influent de formare a defectelor printr-un anumit tip de tranziție de fază este cunoscut sub numele de mecanismul Kibble-Zurek. Lucrarea sa privind corzile cosmice (defecte liniare ale spațiului la scară cosmică) a introdus ideea în cosmologia modernă.
A fost unul dintre cei doi copreședinți ai unui program de cercetare finanțat de Fundația Europeană pentru Știință (ESF) privind Cosmologia în laborator (COSLAB), care s-a desfășurat între 2001 și 2005. Anterior, a fost coordonatorul unei rețele FSE privind defectele topologice în fizica particulelor, materia condensată și cosmologie (TOPDEF). Aceste programe au studiat analogiile dintre defectele topologice din universul timpuriu și defectele structurale similare din lichide și solide, care pot fi studiate în laborator. (Pentru un exemplu simplu de rețea de defecte topologice de laborator, luați în considerare granițele dintre numeroasele cristalite mici și nealiniate dintr-un metal).
În 1966, Kibble a publicat un manual, Classical Mechanics (Mecanica clasică), care este încă tipărit (din 2016), aflat acum la a 5-a ediție și scris împreună cu Frank Berkshire.