Ο Τιμοσθένης, περιγράφοντας με μεγαλύτερη ακρίβεια χώρες που ήταν πλέον γνωστές, προσδιόριζε τη θέση λιμένων και σταθμών της Μεσογείου. Αναφέρονται ως έργα του τα ναυτικά συγγράμματα «Περίπλους», «Περί λιμένων», «Περί νήσων» και οι «Σταδιασμοί», εκπονώντας ένα μεγάλο αριθμό ναυτικών χαρτών. Επίσης, το σύγγραμμα «Εξηγητικόν», που πραγματευόταν την ερμηνεία των ιερών νόμων. Αναφέρεται ακόμα ότι μελοποίησε τον «Πυθικόν νόμον» σε μουσικό διαγωνισμό στους Δελφούς με αυλό και κιθάρα, συμμετέχοντας στην αναμνηστική εορτή της νίκης του Απόλλωνα.
Ο Τιμοσθένης κατά τις θαλασσοπορείες του παρακολουθώντας τους διάφορους ανέμους πρόσθεσε δύο ακόμα ανέμους στο μέχρι τότε δεκάβαθμο ανεμολόγιο που είχε εισαγάγει ο Αριστοτέλης και συγκεκριμένα τους Ν-ΝΑ. και Ν-ΝΔ ανέμους. Γενικά στον αρχαίο κόσμο ο Τιμοσθένης αποτελούσε αυθεντία σε θέματα ανέμων και της κυκλικής κίνησης αυτών. Όσον αφορά στους ναυτικούς χάρτες που εκπονούσε έθετε ως κέντρο αυτών την πατρίδα του, τη νήσο Ρόδο, απ΄ όπου και προσδιορίζονταν οι γεωγραφικές συντεταγμένες, δηλαδή τα ανατολικά και δυτικά μήκη, καθώς και τα βόρεια και νότια πλάτη. Αυτό ακολούθησαν στη συνέχεια και οι διάδοχοί του.
Τον Τιμοσθένη αναφέρουν σε σχόλιά τους οι Ερατοσθένης, Στράβων, Ίππαρχος και Μαρκιανός. Τον αναφέρει επίσης και ο Αγαθήμερος. Ο δε Στράβων σημειώνει «Τιμοσθένης το Τυρρηνικόν πέλαγος περιέπλευσεν», συμπληρώνοντας ότι το έργο του Τιμοσθένη χρησιμοποιούσε συχνά ως πηγή πληροφόρησης. Εκ της αναφοράς αυτής πιθανολογείται ότι το δεκάτομο έργο «Περίπλους», ή «Περί λιμένων», που θεωρείται ότι πρέπει να ήταν το ίδιο θα πρέπει ν΄ αναφερόταν σ΄ αυτό το πέλαγος.
Από τα έργα του Τιμοσθένη μόνο αποσπάσματα έχουν διασωθεί σε έργα άλλων και κυρίως των σχολιαστών του. Σύμφωνα δε μ΄ αυτούς ο Τιμοσθένης είχε μελετήσει τους μεγάλους φιλοσόφους και γεωγράφους Αριστοτέλη, Δικαίαρχο, Εύδοξο, Έφορο και Κλέωνα.