Zakres działalności zawodowej Poświęcał wiele uwagi działalności nauczycielskiej, o czym świadczą zachowane publikacje dydaktyczne. Zakres jego badań naukowych był bardzo obszerny, leżący na pograniczu fizyki i chemii. W roku 1873 dokonał obserwacji zjawiska, zarejestrowanego w następnych latach przez Thomasa Edisona (1880) i znanego współcześnie jako emisja termoelektronowa, decydująca o właściwościach lamp elektronowych. Na początku XX wieku emisja ta była przedmiotem badań Owena W. Richardsona, który w roku 1920 otrzymał za nie Hughes Medal, a w roku 1928 – Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
W roku 1873 Frederick Guthrie wystąpił z inicjatywą utworzenia Society for physical research (nazwanego wkrótce w Physical Society of London). Wspólnie z W. Barrettem zainicjował jego działalność, rozsyłając zaproszenia na pierwsze spotkanie do 30 fizyków. Współcześnie działalność tego stowarzyszenia kontynuuje Institute of Physics (IOP), utworzony w roku 1960 przez połączenie Physical Society of London z Institute of Physics (założonym w roku 1920).