Dal 1945 al 1960 insegna in varie scuole secondarie della provincia di Pisa ritenendo questa esperienza altamente formativa sia dal punto di vista culturale sia da quello umano. Dal 1960 al 1983 si impiega presso la casa editrice La Nuova Italia di Firenze in qualità di redattore, dove conosce Maria Augusta Morelli, apprezzata studiosa di storia della Toscana Settecentesca, che in seguito diventerà sua moglie.
Per quanto riguarda i suoi studi di filologia classica, dopo la pubblicazione della sua tesi di laurea riveduta e accresciuta "Studi italiani di filologia classica,1945-48", continua ad occuparsi di critica testuale, di interpretazione di autori latini e, in minor misura, di storia della lingua latina, con particolare riguardo al periodo arcaico della letteratura latina, a Virgilio e all'esegesi Virgiliana antica, ad autori latini tardi. Una scelta dei saggi più significativi si trova nei suoi due volumi di "Contributi di filologia e di storia della lingua latina", Roma, Ateneo, 1978 e "Nuovi contributi di filologia e storia della lingua latina", Bologna, Pàtron, 1994. Pubblica un'edizione divulgativa, ma non priva di qualche contributo personale, del "De divinatione di Cicerone", Milano, Garzanti, 1988, rist. 1991 e un volume "Per la storia della filologia virgiliana antica", Roma, Salerno Editrice, 1986.
Un altro suo campo di studio è la storia della filologia classica: "La filologia di Giacomo Leopardi", Firenze, Le Monnier, 1955, nuova ed. riveduta Bari, Laterza, 1977; "La genesi del metodo del Lachmann", Firenze, Le Monnier, 1963, nuova ed. Padova, Liviana, 1981 e 1985; ed. tedesca "Die Entstehung der Lachmannschen Methode", Hamburg, Buske, 1971. Degli Scritti filologici (1817-1831) del Leopardi ha curato un'edizione in collaborazione con Giuseppe Pacella (Firenze, Le Monnier, 1969).
Si è anche occupato di storia della linguistica ottocentesca, con particolare riguardo a Graziadio Ascoli, ai suoi rapporti col Cattaneo, ai suoi successori, nonché ai fratelli Schlegel e alle polemiche tra A. W. Schlegel, Bopp e Humboldt (questi studi, usciti specialmente in «Critica storica», la rivista diretta dal compianto Armando Saitta, non sono stati raccolti in volume).
Infine, dalla metà degli anni Cinquanta in poi, rivolge il suo interesse anche alla storia della cultura ottocentesca "Classicismo e illuminismo nell'Ottocento italiano", Pisa, Nistri-Lischi, 1965, nuova ed. accresciuta 1969 e varie ristampe successive; "Aspetti e figure della cultura ottocentesca", ibid, 1980; "Nuovi studi sul nostro Ottocento", ibid, 1995, con particolare riguardo al pensiero del Leopardi e ad alcune figure minori del primo e medio Ottocento, specialmente Pietro Giordani, e, quanto all'ultimo Ottocento e primo Novecento, al De Amicis socialista "Il socialismo di E. De Amicis. Lettura del 'Primo Maggio'", Verona, Bertani, 1983.
Ha dato anche due contributi allo studio di alcuni aspetti della psicanalisi non privi di attinenza con la critica testuale: "Il lapsus freudiano", Firenze, Nuova Italia, 1975, rist. riveduta 1976 e "'La fobia romana', e altri studi su Freud e Meringer, Pisa, ETS, 1992. Del primo di questi due libri è uscita un'edizione inglese: "The Freudian Slip", London, New Left Books, 1976 ed una spagnola Barcelona, Editorial Crítica, 1977.
Timpanaro è stato socio corrispondente della British Academy, socio corrispondente dell'Accademia dei Lincei, socio effettivo dell'Accademia dell'Arcadia e dell'Accademia fiorentina "La Colombaria".