Em 1863, a Universidade Yale concedeu a Gibbs o primeiro doutorado em engenharia. Após uma residência temporária de três anos na Europa, Gibbs passou o resto de sua carreira em Yale, onde ele foi professor de física matemática de 1871 até sua morte. Trabalhando em relativo isolamento, ele se tornou o primeiro cientista teórico nos Estados Unidos a obter uma reputação internacional e foi elogiado por Albert Einstein como "a maior mente na história americana". Em 1901, Gibbs recebeu o que era então considerada a maior honra que podia ser recebida na comunidade científica internacional, a Medalha Copley da Real Sociedade de Londres, "por suas contribuições à física matemática".

Comentadores e biógrafos observaram o contraste entre a vida quieta e solitária de Gibbs na Nova Inglaterra durante a virada do século e o grande impacto internacional de suas ideias. Embora seu trabalho tenha sido quase que inteiramente teórico, o valor prático das contribuições de Gibbs tornou-se evidente com o desenvolvimento da química industrial durante a primeira metade do século XX. De acordo com Robert A. Millikan, em ciência pura Gibbs "fez pela mecânica estatística e pela termodinâmica o que Laplace fez pela mecânica celeste e Maxwell fez pela eletrodinâmica, isto é, fez de seu campo uma estrutura teórica quase completa."