Dans son effort pour géométriser la mécanique, Poinsot mit en évidence l'importance de la notion de moment, montrant comment réduire à un torseur un système de forces agissant sur un solide. Dans sa Théorie nouvelle de la rotation des Corps (1834), il démontre que le mouvement d'un solide se décompose en une rotation instantanée autour d'un axe et une translation instantanée parallèle à cet axe ; puis que le mouvement d'un solide autour d'un point fixe (mouvement à la Poinsot), peut être illustré par le roulement d'un cône solidaire du solide, sur un cône fixe. Son étude sur le mouvement du cône généralise celle d'Euler sur la toupie (cône en rotation autour d'un axe fixe).
Le classicisme de Poinsot l'amena à réfuter la théorie mathématique de l'élasticité alors en plein essor, car celle-ci introduisait, selon lui sans nécessité, des hypothèses supplémentaires à la mécanique du point et des solides rigides. Joseph Bertrand rapporte :
Curieux de la théorie des corps solides, il la séparait entièrement de celle des corps élastiques. Ni Navier, ni Poisson, ni Cauchy, ni Lamé, pour lequel il eut toujours une si haute estime, n'ont réussi à lui faire discuter leurs principes. « Ils parlent de pressions obliques, disait-il avec répugnance, cela n'est pas pur, une pression est toujours normale », et éloignant de son esprit cette image et cette locution importune, il reposait aussitôt sa vue sur les corps abstraitement, c'est-à-dire absolument rigides, et terminés par des surfaces géométriques d'un poli tellement parfait, qu'on ne doit pas même en parler. Un poli imparfait, une surface rugueuse, qu'entendez-vous par là, je vous prie, en tant que géomètres ? »
Poinsot pensait que l'on pouvait mathématiser la théorie des corps déformables par des considérations de résultante et de couple entre points matériels. Ses idées influencèrent les frères Cosserat.
