El talento de Turner fue reconocido temprano en su vida. La independencia financiera le permitió innovar libremente; su obra madura se caracteriza por una paleta cromática y amplias aplicaciones atmosféricas de pintura. Según The Illustrated History of Art de David Piper, sus pinturas posteriores fueron llamadas "rompecabezas fantásticos". Turner fue reconocido como un genio artístico; el crítico de arte inglés John Ruskin lo describió como el artista que podía "medir de manera más conmovedora y veraz los estados de ánimo de la naturaleza".
La imaginación de Turner se encendía con naufragios, incendios (incluido el incendio del Parlamento en 1834, evento que Turner presenció de primera mano y plasmó en una serie de bocetos en acuarela) y fenómenos naturales como la luz del sol, tormentas, lluvia y niebla. Estaba fascinado por el poder violento del mar, como se vio en la exposición de la Real Academia de Artes de 1840, donde se mostraron por primera vez "El barco de esclavos" (1840) y "Cohetes y luces azules para advertir a los barcos de vapor sobre aguas poco profundas" (1840). Una exhibición de 2003 en el Instituto de Arte Clark sugirió que estas dos pinturas eran pendants, debido en parte a su contenido y tamaño similares.
El trabajo de Turner recibió críticas de sus contemporáneos. Una reseña anónima de la exposición de la Real Academia de 1840, identificada más tarde como de John Eagles, calificó las pinturas exhibidas como "extravagancias absurdas [que] deshonran la exposición". Sir George Beaumont, pintor de paisajes y miembro de la Real Academia, describió sus pinturas como "manchas".
La gran incursión de Turner en el grabado fue el Liber Studiorum (Libro de Estudios), setenta grabados en los que trabajó de 1806 a 1819. El Liber Studiorum fue una expresión de sus intenciones para el arte del paisaje. La idea se basó vagamente en el Liber Veritatis (Libro de la Verdad) de Claude Lorrain, donde Claude había registrado sus pinturas terminadas; una serie de copias impresas de estos dibujos, para entonces en Devonshire House, había sido un gran éxito editorial. Las planchas de Turner estaban destinadas a ser ampliamente difundidas y clasificaban el género en seis tipos: Marino, Montañoso, Pastoral, Histórico, Arquitectónico y Pastoral Elevado o Épico. Su trabajo en grabado fue una parte importante de su producción, y un museo está dedicado a ello, el Museo Turner en Sarasota, Florida, fundado en 1974 por Douglass Montrose-Graem para albergar su colección de grabados de Turner.
Sus primeras obras, como Abadía de Tintern (1795), permanecen fieles a las tradiciones del paisaje inglés. En "Aníbal cruzando los Alpes" (1812), ya entra en juego un énfasis en el poder destructivo de la naturaleza. Su estilo distintivo de pintura, en el que usaba técnicas de acuarela con óleos, creaba ligereza, fluidez y efectos atmosféricos efímeros.
En sus últimos años, Turner usó los óleos de manera más transparente y se volcó en una evocación de luz casi pura mediante el uso de colores brillantes. Un ejemplo destacado de su estilo maduro se puede ver en "Lluvia, vapor y velocidad – El Gran Ferrocarril del Oeste", donde los objetos apenas son reconocibles. La intensidad del color y el interés por la luz evanescente no solo colocaron el trabajo de Turner a la vanguardia de la pintura inglesa, sino que también influyeron en el arte en Francia; los impresionistas, particularmente Claude Monet, estudiaron cuidadosamente sus técnicas. También se le considera generalmente un precursor de la pintura abstracta.
Los altos niveles de ceniza volcánica (por la erupción del Monte Tambora) en la atmósfera durante 1816, el "Año sin verano", provocaron atardeceres inusualmente espectaculares durante este período y fueron una inspiración para algunas obras de Turner.
John Ruskin dijo que un temprano mecenas, Thomas Monro, médico principal de Bedlam y coleccionista y artista aficionado, tuvo una influencia significativa en el estilo de Turner:
Su verdadero maestro fue el Dr. Monro; al enseñanza práctica de ese primer mecenas y la sabia simplicidad del método de estudio de acuarela, en el que fue disciplinado por él y acompañado por su amigo Girtin, se debe atribuir principalmente el desarrollo saludable y constante del mayor poder; la grandeza de ese poder en sí mismo es imposible de sobreestimar.
Junto con varios artistas jóvenes, Turner pudo, en la casa de Monro en Londres, copiar obras de los principales dibujantes topográficos de su tiempo y perfeccionar sus habilidades en el dibujo. Pero los curiosos efectos atmosféricos e ilusiones de las acuarelas de John Robert Cozens, algunas de las cuales estaban presentes en la casa de Monro, fueron mucho más allá de las representaciones pulcras de la topografía. La solemne grandeza de sus vistas alpinas fue una revelación temprana para el joven Turner y le mostró el verdadero potencial del medio de la acuarela, transmitiendo estado de ánimo en lugar de información.