Научные работы Дж. Г. Дарвина были посвящены в основном небесной механике, теории приливов, космогонии, теории устойчивости вращающихся жидких тел. В основе его работы, несмотря на разнообразие ее направлений и результатов, лежал глубокий интерес к вопросам космогонии, прошлому Земли и Солнечной системы. При этом задачи, которые он решал, не представляли для него чисто математического интереса, а носили ярко выраженный прикладной характер. Исключительную ценность имеет разработанный им метод гармонического анализа приливов; он поставил на научную основу прогноз, предвычисление уровня и течений, начиная с теории и заканчивая техникой расчета. Он также обладал великолепным талантом популяризатора, умел в увлекательной форме рассказать об очень сложных вещах. Ярким примером его таланта стала книга «Приливы и родственные им явления в Солнечной системе», где он высказал важные мысли, которые в его время были догадками, но спустя много лет получили фактическое подтверждение.