ในสมัยมัธยม ทัวริงสนิทและนับถือรุ่นพี่คนหนึ่งชื่อ คริสโตเฟอร์ มอร์คอม (Christopher Morcom) ซึ่งเสียชีวิตไปเสียก่อน ทัวริงเสียใจมากจึงตั้งใจสานต่อสิ่งที่รุ่นพี่เขาอยากทำให้สำเร็จ ตลอดสามปีหลังจากนั้น เขาเขียนจดหมายอย่างสม่ำเสมอให้คุณแม่ของมอร์คอม ว่าเขาคิดและสงสัยเรื่องความคิดของคนว่าไปจับจดอยู่ในเรื่องหนึ่ง ๆ ได้อย่างไร (how the human mind was embodied in matter) และปล่อยเรื่องนั้น ๆ ออกไปได้อย่างไร (whether accordingly it could be released from matter) แล้ววันหนึ่งเขาก็ไปเจอหนังสือดังในยุคนั้นชื่อ "The Nature of the Physical World" อ่านไปก็เกิดนึกไปเองว่าทฤษฏีกลศาสตร์ควอนตัมมันต้องเกี่ยวกับปัญหาเรื่อง mind and matter ที่เขาคิดอยู่
ส่วนในเรื่องวิชาการในวงการคณิตศาสตร์ยุคนั้น รัสเซลล์ (Russell) เสนอเอาไว้ว่า "mathematical truth could be captured by any formalism" แต่ยุคนั้น เกอเดิล (Gödel) โต้ว่า "the incompleteness of mathematics: the existence of true statements about numbers which could not be proved by the formal application of set rules of deduction". พอปี พ.ศ. 2476 ทัวริงก็ได้เจอกับรัสเซลล์แล้วก็ตั้งคำถาม พร้อมถกเรื่องราวเหล่านี้ขึ้นมา ทำให้เขาสนใจ
ใน พ.ศ. 2477 ทัวริงก็จบจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ด้วยเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง ทางมหาวิทยาลัยก็เลยเชิญเขาอยู่เป็น Fellow ด้านคณิตศาสตร์ต่อ (ส่วนใหญ่ Fellow ของเคมบริดจ์จะเป็นพวกที่จบปริญญาเอก แต่ทัวริงจบเพียงปริญญาตรี) ปี พ.ศ. 2478 ทัวริงไปเรียนกับจอห์น ฟอน นอยมันน์ เรื่อง ปัญหาของการตัดสินใจ (Entscheidungs problem) ที่ถามว่า "Could there exist, at least in principle, a definite method or process by which it could be decided whether any given mathematical assertion was provable?" ทัวริงก็เลยมาคิด ๆ โดยวิเคราะห์ว่า คนเราทำอย่างไรเวลาทำงานที่เป็นกระบวนการที่มีกฎเกณฑ์ (methodical process) แล้วก็นึกต่อว่า วางกรอบว่าให้เป็นอะไรซักอย่างที่สามารถทำได้อย่างเป็นกลไก (mechanically) ล่ะ? เขาก็เลยเสนอทฤษฏีออกมาเป็น "The analysis in terms of a theoretical machine able to perform certain precisely defined elementary operations on symbols on paper tape". โดยยกเรื่องที่เขาคิดมาตั้งแต่เด็กว่า 'สถานะความคิด' (state of mind) ของคน ในการทำกระบวนการทางความคิด มันเกี่ยวกับการเก็บ และเปลี่ยนสถานะจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนี่ง ได้ตามการกระทำทางความคิด โดยทัวริงเรียกสิ่งนี้ว่า คำสั่งตรรกะ (logical instructions) แล้วก็บอกว่าการทำงานต้องมี กฎเกณฑ์ที่แน่นอน (definite method) (ต่อมาเรียกว่า ขั้นตอนวิธี)
เมื่อ พ.ศ. 2479 เขาจึงเตรียมออกบทความวิชาการที่มืชื่อเสียง "On Computable Numbers with an application to the Entscheidungsproblem" แต่ก่อนเขาออกบทความนี้ มีอีกงานของฝั่งอเมริกาของ Church ออกมาทำนองคล้าย ๆ กันอย่างบังเอิญ เขาเลยถูกบังคับให้เขียนอิงงาน Church ไปด้วย (เพราะบทความเขาออกทีหลัง) แต่พอบทความเขาออกมาจริง ๆ คนอ่านก็เห็นว่าเป็นคนละทฤษฏีกันและของเขามีเนื้อหา relied upon an assumption internal to mathematics แม่นกว่า การเน้นเรื่อง operation ใน physical world (ยุคต่อมาคนก็เลยนำ concept เขาไปประยุกต์ใช้และให้เกียรติว่า Turing machine จึงเป็นที่มาของการยกย่องให้ทัวริงเป็นบิดาของวิทยาการคอมพิวเตอร์) ปลายปีนั้นเองเขาก็ได้รับรางวัลสมิธ (Smith's Prize) ไปครอง
ส่วนตัวทัวริงก็เลือกไปทำงานด้าน 'ordinal logic' ต่อแทน เพราะเขาบอกว่าเป็น "my most difficult and deepest mathematical work, was an attempt to bring some kind of order to the realm of the uncomputable" เพราะทัวริงเชื่อว่าคนเรา โดยสัญชาตญาณสามารถตอบโต้ต่อเหตุการณ์ได้โดยไม่ต้องคำนวณ ("Human 'intuition' could correspond to uncomputable steps in an argument") แต่งานยังไม่เสร็จ ก็มีสงครามโลกครั้งที่สองเสียก่อน คือก่อนหน้านั้นเขาก็ทำงาน (อย่างเป็นความลับ) ให้กับ British Cryptanalytic department (หรือเรียกกันว่า Government code & cypher school) พอสงครามเริ่มเขาเลยเปิดเผยตัวเอง (ปกติจะทำเป็น fellow ที่คิงส์คอลเลจ เคมบริดจ์ อยู่หน้าฉากงานเดียว) เลยออกย้ายไปทำงานที่ the wartime cryptanalytic headquaters, Bletchley Park เป้าหมายคือเจาะรหัสของเครื่องเข้ารหัสเอนิกมา (Enigma Cipher Machine) ของเยอรมันให้ได้
ปี ค.ศ. 1946 ทัวริงกลับมาดูงานใหม่ ก็พบว่าเป็นงานคนละแนวคิดกัน ทางอเมริกาเน้นด้านอิเลกทรอนิกส์ แต่ทัวริงคิดแบบคณิตศาสตร์ ("I would like to implement arithmetical functions by programming rather than by building in electronic components, a concept different from that of the American-derived designs). โครงการตอนนั้นของทัวริงคือเครื่องคำนวณ (computation machine) ที่สามารถเปลี่ยนได้ตามใจชอบจาก numerical work เป็น algebra เป็น code breaking เป็น file handling หรือแม้กระทั่งเกมส์. ปี ค.ศ. 1947 ทัวริงเสนอว่า ต้องมีระบบจัดเก็บข้อมูล และ ชุดคำสั่งคอมพิวเตอร์ต้องขยายตัวเองออกเป็น ชุดคำสั่งย่อย ๆ ได้ โดยการใช้รูปย่อแบบ รหัสย่อ (คำสั่ง ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของภาษาโปรแกรม) แต่ปรากฏว่าไม่ได้รับการสนันสนุน
ใน ค.ศ. 1951 เขาก็จับงานใหม่อีกเล่นอีกแนว morphogenetic theory ออกบทความเรื่อง "The Chemical Basis of Morphogenesis" ซึ่งต่อมาเป็น founding paper of modern non-linear dynamical theory (พวก pattern formation of instability into the realm of spherical objects, e.g. radiolaria, cylinder, model of plant stems)
