Rothwell forscht auf dem Gebiet der Zytokine und hier speziell zu Interleukinen der Interleukin-1 Familie (Interleukin-1β) und deren Bedeutung in der Hirnforschung. Ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Neurowissenschaften haben zu bedeutenden Fortschritten beim Verständnis und der Behandlung von Hirnschäden, bei Schlaganfall und Kopfverletzungen geführt.
Im Juli 2010 wurde sie zur Präsidentin und Vizekanzlerin der University of Manchester gewählt. Darüber hinaus hatte sie zahlreiche forschungspolitische Funktionen in britischen akademischen Gesellschaften und staatlichen Gremien sowie in Unternehmen, darunter im Pharmakonzern AstraZeneca. Von 2000 bis 2004 war sie Präsidentin der British Neuroscience Association (BNA).[1] 2009 war sie Gründungspräsidentin der Royal Society of Biology und ist jetzt Ehrenmitglied dieser Gesellschaft.
In unterschiedlichen Medien äußert sie sich häufig zu allgemeinen Fragen der Wissenschaft sowie zur Forschungspolitik.
N. J. Rothwell: Metabolic Responses to Interleukin-1. In: Nancy Rothwell, Robert Dantzer (Hrsg.): Interleukin-1 in the Brain (= Pergamon Studies in Neuroscience). Pergamon Press, Oxford, New York, Seoul, Tokyo 1992, ISBN 0-08-041996-8, S.115–134.
Nancy J. Rothwell, Frank Berkenbosch (Hrsg.): Brain control of responses to trauma. Cambridge University Press, Cambridge 1994, ISBN 0-521-41939-5.