Po vzoru Carla Linnéa se Willan pokusil o taxonomickou klasifikaci kožních chorob a popsal impetigo, lupus, psoriázu, sklerodermii, ichtyózu, sykózu a pemfigus. Willanův portrét byl po mnoho let vyobrazen na obálce časopisu British Journal of Dermatology. Společná práce Willana a Batemana přinesla první pokus o klasifikaci kožních chorob z anatomického hlediska na světě.

V roce 1790 obdržel Willan za svou klasifikaci kožních chorob od londýnské lékařské společnosti Fothergillovu zlatou medaili. V témže roce publikoval zprávu nazvanou „Pozoruhodný případ abstinence“, v níž podrobně popsal případ mladého Angličana, který zemřel v roce 1786 po 78denním půstu, což je jeden z prvních popisů poruch příjmu potravy u mužů.

Kopie jedné z jeho prací byla přeložena do němčiny a vydána v Breslau v roce 1799. Anglická verze se ztratila.

V roce 1798 Willan popsal nemoc z povolání psoriasis diffusa, která postihuje ruce a paže pekařů, a v roce 1799 poprvé popsal exantematózní vyrážku v dětství známou jako erythema infectiosum.

Willanova kniha On Cutaneous Diseases z roku 1808 je mezníkem v dějinách dermatologie a lékařské ilustrace a obsahuje první použití slova „lupus“ pro popis kožní tuberkulózy.

Jeho studie o sirné vodě v Croft-on-Tees, publikovaná v roce 1782 v Londýně, byla nedávno znovu vydána.