Wetherill utviklet metoder for å bestemme alderen på bergarter ut fra forholdet mellom radioaktive isotoper og deres henfallprodukter. Han studerte baneutviklingen til asteroider og andre smålegemer i solsystemet, og han forutsa de første steinene som slo ned på jorden etter et meteorittnedslag på Mars. Slike meteoritter ble senere også oppdaget i Antarktis. Senere studerte han dannelsen og utviklingen av planetsystemer, dannelsen av jordlignende planeter og jorden-månen-systemer.