В 1313 году он стал увлекаться астрономией, его первым руководителем был Мануил Вриенний, с которым он изучал труды Феона Александрийского. Дальнейшая работа над трудами античных астрономов была проделана им самостоятельно.
Учеником Феодора Метохита был историк, астроном и полемист Никифор Григора.
Феодор Метохит покровительствовал монастырю Хора, в церкви которого (современный Кахрис-Джами в Стамбуле) в начале 1302—1320/1321 годах по его заказу были созданы мозаики и фрески.
После свержения Андроника II в 1328 г. своим внуком Андроником III, Феодор подвергся опале и был заключён в монастырь, где провёл последние годы жизни, и был похоронен.