Gjennom sitt mangesidige forfatterskap og sin virksomhet som foreleser og veileder øvde Torstein Eckhoff sterk innflytelse på norsk og nordisk rettsvitenskap. Hans tenkning var utpreget tverrfaglig orientert, og han var blant de få som beveget seg på forskningsfronten i flere fag.
Eckhoff tok examen artium 1934 og begynte deretter å studere jus ved universitetet i Oslo. Etter embetseksamen 1938 var han dommerfullmektig hos sorenskriveren i Senja 1939–40. Der møtte han sin Eva, som han var gift med fra 1941 til hennes død 1991.
Under den annen verdenskrig underviste Eckhoff juridiske studenter. Ett av hans spesialområder var prosessrett, et fag som fanget hans interesse som student og som ble hans første forskningsområde. Læreboken Sivilprosess (1941) ble etterfulgt av Tvilsrisikoen (1943) og Rettskraft (1945); den sistnevnte var hans avhandling for den juridiske doktorgrad, som han ble tildelt 1947.
Tvilsrisikoen omhandler det som vanligvis kalles bevisbyrderegler. Den er et originalt arbeid og på flere måter en nøkkelbok til forståelse av Eckhoffs tenkning og forfatterskap. Den er skrevet på en saklig måte, skarp i tankegangen, og uten unødvendig respekt for autoriteter. Begrepsmessige analyser løser opp problemer som stammer fra uklare eller metafysiske formuleringer. De gjenværende problemer drøftes med fokus på forbindelseslinjene innbyrdes i rettssystemet, særlig forbindelseslinjene mellom bevisbyrdenormer og normer om rettigheter og plikter, og mellom normene og menneskers konkrete interesser. Boken vektlegger usikkerheten ved besvarelsen av mange spørsmål om hva som er rett og den rolle vurderinger av forskjellige typer spiller for svaret.
1945–53 var Eckhoff ansatt i Lovavdelingen i Justisdepartementet (byråsjef fra 1946). 1947–48 oppholdt han seg i USA, hvor han studerte amerikansk rett og rettshistorie, og samfunnsvitenskap. Han møtte sentrale skikkelser innenfor den såkalte amerikanske realisme i rettsvitenskapen (f.eks. Karl Llewellyn, Jerome Frank og Thurman Arnold) og leste med stor interesse deres arbeider. Han fortsatte disse studier etter at han kom hjem og publiserte resultatene i boken Rettsvesen og rettsvitenskap i U.S.A. (1953). Året før hadde han (sammen med Vilhelm Aubert og Knut Sveri) utgitt boken En lov i søkelyset, en undersøkelse av den norske hushjelplovens tilblivelse og innhold, og – som boken viste – lovens ineffektivitet i praksis. I disse to bøkene møter vi to av Eckhoffs hovedinteresser, henholdsvis allmenn rettsteori og sosiologi. Sammen med den rettsdogmatiske linjen i hans tenkning dannet de den personlige stil som var hans.
På denne tiden begynte Eckhoff å få akademisk anerkjennelse for sitt arbeid; 1953 ble han utnevnt til dosent og 1957 professor i rettsvitenskap ved Universitetet i Oslo. I årene som fulgte, publiserte han flere sentrale artikler, bl.a. i rettshistorie, statsrett og forvaltningsrett, og han la grunnlaget for de betydningsfulle arbeider som kom i 1970-årene.
1971 utkom Rettferdighet ved utveksling og fordeling av verdier. Ifølge ham selv var dette den boken han la mest arbeid i og hans viktigste bidrag til erkjennelse. I boken kartlegges forskjellige typer av rettferdighetsargumentasjon, og – som indikert i undertittelen til den engelske utgaven – hvordan og hvorfor de forskjellige argumentasjonstyper har kommet til.
1971 utkom også Rettskildelære, som siden har vært den grunnleggende lærebok i juridisk metode i Norge og et sentralt verk i juridisk metodedebatt i Norden.
I 1970-årene samarbeidet Eckhoff nært med juristen og rettsfilosofen Nils Kristian Sundby. 1976 utgav de i fellesskap Rettssystemer, en bok om grunnbegrepet norm, typer av normer og sammenhenger mellom normer og aktiviteter i et utviklet rettssystem. Bokens bruk av systemteoretiske begreper kan sees som en videreutvikling av tanker lagt frem i Eckhoffs tidligere arbeider. Et annet viktig bidrag, begrepet retningslinje, er hentet fra Sundbys doktoravhandling (Om normer, 1974); retningslinjer er de normer som styrer avveiningsprosessene i vår argumentasjon. Etter Sundbys død 1978 publiserte Eckhoff en tysk utgave og en revidert norsk utgave av Rettssystemer.
1978 utkom Forvaltningsrett, et monumentalt arbeid, som utmerker seg bl.a. ved sin bruk av normteoretiske begreper og analyser i rettsdogmatikkens tjeneste.
Eckhoffs deltakelse i samfunnsdebatten fungerte ofte som motmakt til etablerte interesser. Han var medforfatter til et alternativt lovforslag om militærnektere, analyserte mekanismer bak våpenkappløpet og kartla virkemidler som det offentlige kunne bruke for å hindre miljø-ødeleggelser. Størst betydning fikk hans mange bidrag til oppbyggingen av en kunnskapsplattform for motstanden mot norsk EF-medlemskap og hans aktive deltakelse i alle de tre EF-kampene; i den siste skulle han komme til å spille en sentral rolle, fra 1988 og til sin død.
Eckhoff tilpasset imidlertid ikke jusen til sine politiske standpunkter, og hans juridiske arbeider ble respektert i alle leire. Han ble f. eks. ansett som Norges ledende autoritet på EF-rett. Eckhoff hadde i det hele ingen sans for polemikk og retoriske knep, verken i faglige eller politiske sammenhenger. Han la vekt på å forstå andres argumenter slik de rimeligvis var ment, ikke bare slik de var formulert. Hans egen form var enkel og klar.
Som veileder preget Eckhoff en hel generasjon av yngre forskere. Han leste og kommenterte med en usedvanlig imøtekommenhet og kapasitet titusenvis av sider med utkast om de mest forskjellige temaer. Han var også glad i den uformelle faglige samtale og satt i selskapelig sammenheng gjerne til natten falt på, i ivrig diskusjon med yngre krefter.
Gjennom sitt forfatterskap og sin personlige kontaktflate på tvers av faggrenser virket Eckhoff som katalysator for tverrfaglig samarbeid, spesielt mellom jus, sosiologi, statsvitenskap og filosofi. I norsk forskning er han blant dem som har vært til størst hjelp og inspirasjon for andre. Et bilde av bredden i og intensiteten av hans litterære og personlige innflytelse gir festskriftet Samfunn, Rett, Rettferdighet, som ble utgitt til hans 70-årsdag.
Torstein Eckhoff var medlem av Det Norske Videnskaps-Akademi fra 1955. Han var æresdoktor ved universitetene i Bergen, København, Stockholm og Turku.