Araştırmaları, bilişsel psikoloji ve sinirbilimden elde edilen bulguların K-12 eğitimine uygulanmasına odaklanmaktadır. Willingham, kanıta dayalı öğretim uygulamalarını savunması ve öğrenme stilleri gibi desteklenmemiş eğitim teorilerini eleştirmesiyle bilinir. Çalışmaları, Öğrenciler Neden Okulu Sevmez? (2009) ve Beyninizi Alt Edin (2023) gibi popüler kitaplar aracılığıyla daha geniş kitlelere ulaşmıştır.