Samtidig videreførte Thornthwaite arbeidet fra tida i Mexico. I New Jersey utvikla han et system for tilleggsvanning av grønnsaker basert på et enkelt bokholderi av vannbalansen på plantasjen. Her etablerte han også klimalaboratoriet Laboratory of Climatology, som gjorde ham verdenskjent på fagfeltet. Han etablerte også et selskap for utvikling og salg av måleinstrumenter.