Многие годы О.К. Тихомиров читал лекции по основному курсу “Общая психология”, подготовил и прочел ряд спецкурсов, вел большую методическую работу, написал три учебных пособия и учебник. Он всегда был окружен студентами и аспирантами, руководил их курсовыми, дипломными и диссертационными исследованиями. Под его руководством подготовлено более 30 кандидатских диссертаций, многие из его учеников стали докторами психологических наук.

Избрав темой своих исследований психологию мышления, О.К. Тихомиров проявил себя глубоким и эрудированным теоретиком, страстным полемистом, тонким методистом-новатором и неутомимым экспериментатором. В его первой монографии “Структура мыслительной деятельности человека” (1969) обобщены результаты проведенных им теоретических и экспериментальных исследований мышления и сформулированы основы новой психологической теории, названной впоследствии смысловой теорией мышления.