Sau khi Thế chiến II kết thúc, Thornton Page là giáo sư vật lý thiên văn tại Đại học Chicago từ năm 1946 đến năm 1950.[5] Sau đó, ông được nhận vào làm việc cho Phòng Nghiên cứu Vận trù học (ORO) của Quân đội Mỹ từ năm 1951 đến năm 1958.[5] Năm 1952, Thornton Page trở thành biên tập viên đầu tiên của Tạp chí của Hội Nghiên cứu Vận trù học Mỹ.[6] Là một nhà thiên văn học dưới quyền ORO, ông bị lôi kéo vào cuộc tranh cãi liên quan đến vật thể bay không xác định năm 1953.[7]

Năm 1958, ông trở thành giáo sư và trưởng khoa thiên văn tại Đại học Wesleyan.[1] Ông nộp đơn từ chức rời khỏi Wesleyan vào năm 1971 và bắt đầu làm việc cho Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ cho đến khi nghỉ hưu vào năm 1976.[8]