Seguindo o exemplo de Carl Linnaeus, Willan tentou uma classificação taxonômica de doenças de pele, descrevendo impetigo, lúpus, psoríase, esclerodermia, ictiose, sicose e pênfigo. O retrato de Willan foi reproduzido na capa do British Journal of Dermatology por muitos anos. Willan e Bateman trabalhando juntos proporcionaram a primeira tentativa do mundo de classificar as doenças de pele do ponto de vista anatômico.

Em 1790, Willan recebeu a Medalha de Ouro Fothergill da Sociedade Médica de Londres por sua classificação de doenças de pele. No mesmo ano ele publicou um relato intitulado “A Remarkable Case of Abstinence”, que detalhava o caso de um jovem inglês que morreu em 1786 após jejum de 78 dias – um dos primeiros relatos de distúrbios alimentares em homens.

Uma cópia de uma de suas obras foi traduzida para o alemão e publicada em Breslau em 1799. A versão inglesa foi perdida.

Em 1798, Willan descreveu a doença ocupacional psoríase difusa, que afeta as mãos e os braços dos padeiros, e em 1799 descreveu pela primeira vez a erupção exantema da infância conhecida como eritema infectiosum.

O livro de Willan 1808, On Cutaneous Diseases, é um marco na história da dermatologia e na ilustração médica e contém o primeiro uso da palavra “lúpus” para descrever a tuberculose cutânea.

O seu estudo da água sulfurosa na Croft-on-Tees, publicado em 1782 Londres, foi republicado recentemente.