W 1969 r. Poinar wyjechał do Leningradu, gdzie podjął współpracę z Sowiecką Akademią Nauk i badał bałtyckie bursztyny ze zbiorów sowieckich muzeów. Następnie badał nicienie w czasie podróży po Afryce. Po powrocie z Afryki podjął badania bursztynu na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, które uznawał za poboczny projekt i okazję do współpracy z żoną Robertą, specjalistką mikroskopii elektronowej. Przełomowym odkryciem było wykrycie u muchy zatopionej w bursztynie zachowanych komórek z jądrami komórkowymi. To odkrycie stało się początkiem intensywnych prac Poinarów nad DNA wymarłych gatunków.
Poinar kolekcjonował także bursztyn z inkluzjami, w celu pozyskania materiału badawczego podróżował do Meksyku, Polski, Maroka i na Dominikanę oraz do innych krajów.
Autor książek nt. paleoentomologii. Opublikował w 1994 r. A Quest for Amber, Lebanese Amber: The Oldest Insect Ecosystem in Fossilized Resin (2001 r.) oraz napisane wraz z żoną The Amber Forest: A Reconstruction of a Vanished World (1999 r.) i What Bugged the Dinosaurs?: Insects, Disease and Death in the Cretaceous (2008 r.). Spopularyzował ideę ekstrakcji DNA z owadów znalezionych w bursztynie, co zainspirowało Michaela Crichtona do napisania jego bestsellerowej powieści Park Jurajski, która została potem zekranizowana.