Наибольшее число работ Уитни посвящено санскриту. Вместе со своим тюбингенским учителем Р. фон Ротом Уитни опубликовал в 1856 Атхарваведу, а в 1862 вновь издал ее текст вместе с переводом на английский язык. Автор лучшей для своего времени Санскритской грамматики (Sanskrit Grammar, 1879). Участвовал в составлении санскритского словаря под редакцией О.Бётлингка. Под редакцией Уитни был издан Словарь столетия: Энциклопедический словарь английского языка (Century Dictionary: an Encyclopedic Lexicon of the English Language, 18891991).
Основные теоретические работы Уитни Язык и изучение языка (Language and the Study of Language, 1867) и Жизнь и развитие языка (The Life and Growth of Language, 1875). Развивая принципы сравнительно-исторического языкознания и привнося в лингвистику некоторые идеи из области естественной истории, Уитни в то же время подчеркивал роль языка как социального явления и средства коммуникации. Идеи Уитни, во многом выходившие за рамки господствовавшего в 19 в. подхода к языку, оказали влияние на Ф. де Соссюра, который в своем Курсе общей лингвистики называет его в числе своих предшественников.
Долинина И.Б. Проблемы теории языка и теории грамматики в работах Уильяма Д. Уитни. В кн.: Грамматические концепции в языкознании XIX века. Л., 1985