Intereses de investigación de Coyne han sido los estudios polarimétricos de diversos objetos, entre ellos el medio interestelar, las estrellas con atmósferas extendidas y las galaxias Seyfert. Más recientemente, ha estado estudiando la polarización producida en las estrellas variables cataclísmicas o las estrellas binarias interactuantes que emiten estallidos repentinos de energía intensa.

Ha participado activamente en la promoción del diálogo entre ciencia y fe, y ha sido pionero en el ciclo de conferencias "Perspectivas científicas sobre la acción divina".​ También ha estado activo en el continuo debate sobre las implicaciones religiosas de la evolución científica.

En enero de 2012 el P. Coyne dejó el Observatorio Vaticano para ocupar una cátedra en Le Moyne College, Siracusa (Nueva York), donde enseña astronomía y desarrolla una serie de conferencias sobre el diálogo entre ciencia y religión.

El asteroide (14429) Coyne descubierto el 3 de enero de 1991 fue bautizado en su honor. 

Falleció a los ochenta y siete años en el Hospital Universitario de Upstate en Siracusa, Nueva York el 11 de febrero de 2020 a consecuencia de un cáncer.

Enseñó geología y mineralogía en la Universidad de Catania hasta que en 1892 empezó a dedicarse a la docencia de la mineralogía en la Universidad de Nápoles. En 1902 creó el sistema de medición de intensidad de sismos que lleva su nombre.

¿Cómo funciona la escala? A diferencia de la de Richter, que usa valores numéricos provenientes de sismógrafos, la escala de Mercalli se basa exclusivamente en la percepción de quien la usa según cuánto se hayan dañado las estructuras tras un sismo. Tiene grados en números romanos del I (Muy débil) al XII (Catastrófico).

Mercalli murió quemado a los 64 años en extrañas circunstancias en su casa de Nápoles. Una lámpara de parafina se cayó y ocasionó un incendio. Lo encontraron aferrado a una manta con la que pretendía cuidarse de las llamas, según cuenta un perfil de Las Últimas Noticias.