Hij studeerde aan de Universiteit Utrecht, en promoveerde ook aan deze universiteit onder supervisie van Gerard 't Hooft. Hij is gespecialiseerd in de snaartheorie, zowel wat betreft de wiskundige structuur ervan als de natuurwetenschappelijke toepassingen van de theorie op het gebied van zwarte gaten, kosmologie en hoge energie fysica.

De laatste tijd verdiept Verlinde zich vooral in de zoektocht om vanuit de snaartheorie contact te leggen met het Standaard Model van de deeltjesfysica. Hij heeft regelmatig samengewerkt met zijn tweelingbroer Erik Verlinde en met Robbert Dijkgraaf, beiden hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam, en heeft meermalen over hun gezamenlijke onderzoek gepubliceerd.