Kibble werkte aan symmetriebreking (eenvoudig voorbeeld - een bal op de top van een heuvel kan in elke richting naar beneden rollen), faseovergangen (eenvoudig voorbeeld - water dat verandert in ijs als het bevriest) en topologische defecten (ruwweg - punten, lijnen of oppervlakken in de ruimte waar een sprong is).
Hij is vooral bekend om zijn mede-ontdekking van het Higgs-mechanisme (dat verklaart hoe sommige maar niet alle elementaire deeltjes massa hebben) en de voorspelling van het Higgs-boson (een massief deeltje dat centraal staat in het Higgs-mechanisme) met Gerald Guralnik en C.R. Hagen (GHK). In het kader van de viering van het 50-jarig bestaan van Physical Review Letters heeft het tijdschrift deze ontdekking erkend als een van de mijlpaalwerken in de geschiedenis van PRL. Voor deze ontdekking kreeg Prof. Kibble de J. J. Sakurai Prijs 2010 van de American Physical Society voor Theoretische Deeltjesfysica. Hoewel algemeen beschouwd als de auteur van de meest volledige van de vroege papers over de Higgs-theorie, werden GHK controversieel niet opgenomen in de 2013 Nobelprijs voor de Natuurkunde. In 2014 uitte Nobelprijswinnaar Peter Higgs zijn teleurstelling over het feit dat Kibble niet was uitgekozen om de Nobelprijs te delen met François Englert en hemzelf.
Kibble was een pionier in de studie van de vorming van topologische defecten in de allereerste tijd van het bestaan van het heelal. Een invloedrijk model van defectvorming over een bepaald soort faseovergang staat bekend als het Kibble-Zurek mechanisme. Zijn artikel over kosmische snaren (lijndefecten van de ruimte op kosmische schaal) introduceerde het idee in de moderne kosmologie.
Hij was een van de twee medevoorzitters van een door de European Science Foundation (ESF) gefinancierd onderzoeksprogramma over kosmologie in het laboratorium (COSLAB), dat liep van 2001 tot 2005. Daarvoor was hij coördinator van een ESF-netwerk over Topologische Defecten in Deeltjesfysica, Gecondenseerde Materie & Kosmologie (TOPDEF). Deze programma's bestudeerden de analogieën tussen topologische defecten in het vroege heelal en soortgelijke structurele defecten in vloeistoffen en vaste stoffen, die in het laboratorium kunnen worden bestudeerd. (Een eenvoudig voorbeeld van een netwerk van topologische defecten in het laboratorium zijn de grenzen tussen de vele kleine, slecht uitgelijnde kristallieten in een metaal).
In 1966 publiceerde Kibble een leerboek, Classical Mechanics, dat nog steeds in druk is (vanaf 2016), nu in de 5e druk en co-auteur met Frank Berkshire.
Sociale verantwoordelijkheid van wetenschappers