Il laisse une œuvre variée qui reflète sa soif de connaissance et la pluralité de ses centres d’intérêt. De la sociologie de l’éducation (Le piège scolaire, 1983, tiré de sa thèse ; École, orientation et société, 1993), à la sociologie du corps, ce sont surtout des travaux relevant de l’épistémologie des sciences sociales, de la sociologie de la connaissance scientifique et de l’histoire de la sociologie qui valent à Jean-Michel Berthelot, à la fin de la « période toulousaine » une large notoriété et le placent au premier rang de la discipline. De L’intelligence du social (1990) aux Vertus de l’incertitude (1996), en passant par les chapitres rédigés dans son Épistémologie des sciences sociales (2001) qu’il a dirigée, il analyse les différents « schèmes d’intelligibilité » selon un terme qu’il affectionnait, et les divers programmes de recherche à l’œuvre dans les travaux de sociologie et de sciences sociales. Il laisse aussi une contribution à l’histoire de la sociologie (nouvelle édition critique des Règles de la méthode sociologique, 1988 ; 1895 Durkheim, l’avènement de la sociologie scientifique, 1995). Ses derniers travaux sont plus orientés vers la sociologie des sciences et de la connaissance scientifique, où il fait preuve d’un réel intérêt pour la démarche empirique dont il reconnaissait et défendait (a fortiori auprès de ses étudiants) les vertus, comme en témoignent les deux ouvrages collectifs, Figures du texte scientifique (2003) et Savoirs et savants (2005).

Mais Jean-Michel Berthelot n’était pas seulement un chercheur. Possédant des talents remarquables d’organisateur et d’ « entrepreneur des sciences sociales » il avait créé à Toulouse - Le Mirail le Centre d’études des rationalités et des savoirs (CERS). À l’Université de Paris-Sorbonne il avait récemment relancé les activités du Centre d’études sociologiques de la Sorbonne (CESS), et avait stimulé la création d’un groupe de recherche en sociologie des sciences (G4S : Groupe Sciences, savoirs et société de la Sorbonne). Il y a été aussi l’instigateur d’un Observatoire de l’insertion professionnelle. Il dirigeait ses équipes de main de maître, conciliant la rigueur et l’efficacité, livrant sans dissimulation ses compliments et critiques, mais toujours avec une telle humanité que tous en arrivaient à partager avec lui, même dans les moments les plus durs, la satisfaction de la tâche accomplie.

Tous ceux qui ont fréquenté ses séminaires n’oublieront jamais non plus l’extraordinaire chaleur humaine, la bienveillance et l’affection presque paternelle dont Jean-Michel entourait ses étudiants et ses jeunes collègues, tout en restant un directeur d’études attentif et exigeant. Avec lui, ils ont pris des leçons de rigueur intellectuelle et d’ardeur à la tâche, compris ce que signifie se dévouer à ses étudiants, vécu dans une ambiance d’émulation intellectuelle et de réflexion collective si propices à l’avancement de la recherche.