Ông đã viết 20 cuốn sách. Ông là đồng tác giả của cuốn sách giáo khoa “Kinh tế học” (Economics) – phiên bản đầu tiên của cuốn sách này được viết bởi một nhà kinh tế đoạt giải Nobel trước đó là Paul Samuelson. Hiện cuốn sách này đã được tái bản 19 lần và được dịch ra ít nhất 17 ngôn ngữ. Ông cũng viết một số sách về hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu – lĩnh vực nghiên cứu chính của ông. Các cuốn sách này bao gồm “Quản lý những điểm chung toàn cầu: Tính kinh tế của biến đổi khí hậu” xuất bản năm 1994 và giành giải “Ấn bản với chất lượng vượt thời gian” năm 2006 của Hiệp hội Kinh tế học Môi trường và Nguồn lực.Nordhaus viết một số sách về hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu – lĩnh vực nghiên cứu chính của ông. Các cuốn sách này bao gồm “Quản lý những điểm chung toàn cầu: Tính kinh tế của biến đổi khí hậu” xuất bản năm 1994 và giành giải “Ấn bản với chất lượng vượt thời gian” năm 2006 của Hiệp hội Kinh tế học Môi trường và Nguồn lực.

Một cuốn sách khác của ông là "Làm ấm thế giới: Các mô hình kinh tế của hiện tượng nóng lên toàn cầu" xuất bản năm 2000. Cuốn sách mới nhất của ông là "Sòng bạc khí hậu: Rủi ro, bất định, và tính kinh tế của một thế giới đang nóng lên". Nordhaus phát triển các mô hình DICE (Dynamic Integrated Climate-Economy – Mô hình động kết hợp khí hậu và nền kinh tế) và RICE (Regional Integrated Climate-Economy model – Mô hình khu vực kết hợp khí hậu và nền kinh tế), mô hình đánh giá tác động tích hợp của sự tương tác giữa kinh tế học, tiêu dùng năng lượng và biến đổi khí hậu.

Trong một nghiên cứu tháng 12 năm 2016, Nordhaus sử dụng mô hình DICE đã cải cách và rút ra kết luận rằng khí hậu trái đất nhiều khả năng sẽ thay đổi nhanh chóng trong thế kỷ sắp tới nếu các chính sách lớn về khí hậu không được thực thi.