В 1929 году Ян женился на дочери армейского офицера Тине де Вит. У них родились четыре дочери. К тому времени интерес Тинбергена полностью переключился с физики на экономику. Ученый начал прилагать математические формулы к изучению экономики и стал строить математические модели экономических процессов. В то время он был одним из немногих экономистов, соединявших воедино математику (статистика) и экономику. Практическая цель этого соединения состояла в том, чтобы предсказывать направление развития национальной экономики и выдавать правительству полезную для планирования информацию.
В тридцатые годы Тинберген совместно с несколькими статистиками и коллегами-экономистами (включая Р. Фриша) создал науку эконометрику, объединившую статистику и экономический анализ. Эти методы позволили экономистам заменить туманные концептуальные средства, которыми они пользовались раньше, конкретным статистическим инструментарием.
Используя статистический инструментарий, ученый построил работающую модель голландской экономики в форме сложной системы, которая включала 27 уравнений, описывающих те или иные процессы, с более чем 50 переменными. Под эгидой Лиги Наций Тинберген опубликовал в 1938 году книгу «Экономический цикл в Соединенных Штатах. 1919-1932», которая, возможно, является наиболее известным из его научных трудов. В этой книге, используя 48 уравнений, он сконструировал модель, показывающую взаимодействие между различными подразделениями американской экономики в период между окончанием Первой мировой войны и началом Великой депрессии.
В отличие от принципа акселерации, выдвинутого Фришем, согласно которому изменения в инвестициях и уровень доходов усиливают друг друга, Тинберген в качестве главного фактора, определяющего частные капиталовложения, назвал уровень прибыли и его изменения.
Джон Мейнард Кейнс в своей рецензии на книгу Тинбергена весьма критично отозвался о его эконометрических методах. Многие другие экономисты также не смогли оценить их важность. Однако в наше время этот труд получил всеобщее признание как основа теории развития экономического цикла новой отрасли - макроэкономики. «Фриш и я начали эту работу в 30-е гг., в период экономической депрессии, - отмечал впоследствии Тинберген. - Мы хотели разработать план преодоления причин депрессии и поставить безработицу под контроль». Многие из их учеников продолжили их труд и превратились в ведущие фигуры следующего поколения экономистов.
Будучи директором нидерландского Центрального бюро планирования в течение десяти лет, он сначала сконцентрировал свое внимание на проблемах восстановления страны после бедствий войны, а затем на осуществлении политики по проведению краткосрочных стабилизационных мер. Он применил количественный подход к исследованию политических проблем и привлек внимание к многоцелевым проблемам (к проблемам, возникающим при попытках добиться одновременно нескольких экономических целей). Он показал, что модель политики должна содержать, по крайней мере, столько же инструментов проведения этой политики (таких как, например, налоги, направленные на достижение этих целей), сколько намечается цепей, и объяснил, почему это нужно делать так, а не иначе.
В 1955 году Тинберген ушел с поста директора Центрального бюро планирования, чтобы посвятить себя изучению проблем развивающихся стран. В этой работе он применил тогдашнюю теорию роста в практических целях для разработки методов планирования и определения потребностей в капиталовложениях и необходимости в сбережениях. Примечательно, что его интересовало не теоретизирование, а практическое применение экономической науки.
В шестидесятые годы он выполнял функции консультанта при правительствах Индии, Турции, Ирака, а также во Всемирном банке, ООН.
В те же годы он разработал количественные модели планирования в области образования и оптимального размещения капиталовложений и производства по регионам в масштабе хозяйства страны.
Ученый внес заметный вклад в экономическое развитие стран «третьего мира». Его обычный подход - разработка в первую очередь крупных инвестиционных проектов и интегрирование их в национальную макроэкономику с применением метода «затраты-выпуск», а также теневых цен и цен мирового рынка.
Вручая в 1969 году только что установленную для экономических наук Нобелевскую премию «за создание и применение динамических моделей к анализу экономических процессов», Э. Лундберг, член Шведской королевской академии наук, сказал: «Произвольно перечисляемые причины циклических колебаний… и концентрация внимания на некоторых простых цепочках причинных связей уступили место благодаря работам Фриша и Тинбергена математической системе, которая раскрывает взаимные связи между экономическими переменными».