As pinturas de Eakins retratam cenas e pessoas observadas na vida ao seu redor em Filadélfia, particularmente cenas domésticas de sua família e amigos. Ele usava sua inclinação científica nas obras dedicadas a esportes como velejar, remar e caçar, onde delineava a anatomia do corpo humano em ação.  Pintou, também, grandes e expressivas  cenas hospitalares, destacando-se "The Gross Clinic" (1875, "Jefferson Medical College", Philadelphia), em que combina realismo cortante - a representação de uma cirurgia em curso - com acuidade psicológica no retrato do cirurgião, Doctor Gross.

Como Diretor da "Pennsylvania Academy of the Fine Arts", Eakins introduziu um currículo inovador, incluindo um meticuloso estudo de anatomia e dissecação, bem como perspectiva científica, o que revolucionou o ensino de Arte na América. Contudo, sua insistência no estudo da nudez escandalizou as autoridades escolares, e ele foi forçado a demitir-se em 1886.

Durante a última fase de sua carreira, os interesses científicos de Eakins foram ofuscados pela sua preocupação com psicologia e personalidade, e passou a  concentrar-se principalmente em pintura de retratos - estudo de seus amigos, cientistas, músicos, artistas e religiosos. Além de sua primorosa evocação da personalidade, estes retratos são caracterizados por um realismo inflexível e por uma escultural percepção do original, o que é evidente na forma vigorosa das cabeças, corpos e mãos dos modelos. Típico de seus retratos de corpo inteiro é "The Pathetic Song" (1881, "Corcoran Gallery of Art", Washington, D.C.), com a imagem de um cantor em pé, vestido em roupas de seda, recortado contra uma sala de música, vagamente iluminada.

 Embora nenhuma de suas obras tenha lhe trazido sucesso financeiro ou popular, Eakins teve uma influência profunda, tanto como pintor quanto como professor, no campo do naturalismo americano. Seu vislumbre realista da pintura estava à frente da sua época. Eakins faleceu em Filadélfia em 1916.