Ostatecznie otrzymał propozycję pracy jako woźny w Anderson College w Glasgow, tam w przerwach między obowiązkami zajął się z powodzeniem dokształcaniem się, a wkrótce zaczął publikować własne prace naukowe w Philosophical Magazine. Jego najważniejszym osiągnięciem jest rozwinięcie pracy Urbaina Le Verriera o zmienności orbity Ziemi. Według Crolla dopływ promieniowania słonecznego do Ziemi kształtowany jest przez trzy zjawiska, tj. orbita planety wygina się w cyklu ok. 100 tys. lat, nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny jej ruchu dookoła Słońca waha się co ok. 40 tys. lat, precesja osi naszej zmienia się w cyklu ok. 20 tys. lat (zobacz: cykle Milankovicia).
W wyniku swoich obliczeń obejmujących 3 mln lat Croll stwierdził, że Ziemia doświadczyła nie jednej, a kilku epok lodowcowych, a także że w przyszłości planetę czeka kolejna taka epoka. Croll zaproponował także, że w epoce lodowcowej rozwój pokrywy lodowej był stymulowany przez odbijanie promieniowania słonecznego przez już istniejący lód.