Główne dzieło Gilberta nosi tytuł De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure („O Magnesach i ciałach magnetycznych, oraz o wielkim magnesie Ziemi”), a zostało opublikowane w 1600 roku. Było później wznawiane w latach 1628, 1629, 1633 i 1638. Autor opisał w nim wiele doświadczeń ze swoim modelem Ziemi zwanym terrella. Wywnioskował z tych eksperymentów, że Ziemia sama jest namagnesowana i dlatego igła kompasu wskazuje na północ. (Poprzednio wierzono, że to Gwiazda Polarna lub wielka wyspa magnetyczna na biegunie północnym są odpowiedzialne za przyciąganie igły kompasu).
Pozostawił po sobie także dzieło De Mundo Nostro Sublunari Philosophia Nova przygotowane do druku przez jego brata i opublikowane dopiero w roku 1651. Gilbert zgadzał się z Kopernikiem, że Ziemia obraca się wokół własnej osi. Uważał też, że gwiazdy stałe znajdują się w różnej odległości od Ziemi, a nie na jednej sferze, jak dotychczas sądzono.