Galton contribuyó a diferentes áreas de la ciencia como la psicología, la biología, la tecnología, la geografía, la estadística o meteorología. A menudo sus investigaciones fueron continuadas dando lugar a nuevas disciplinas.
A Galton se le puede considerar como el «padre» de la psicología diferencial, al aplicar los principios de su primo, Darwin, al estudio de las diferencias individuales. Esto se oponía a las ideas psicológicas que más difusión tenían en su época: las de Wilhelm Wundt.
Para algunos, las ideas que propuso Galton supusieron un cisma dentro de la psicología, que obliga a ver las dos corrientes que nacieron enfrentadas. Otros psicólogos ven ambas como subdisciplinas integrables.
Centró su interés en el estudio de las diferencias individuales de las capacidades humanas, siempre desde una perspectiva adaptativa y biológica. Para ello, se centró en el estudio de los procesos mentales simples.
Sentó las bases de la meteorología al identificar el efecto de los cambios de la presión atmosférica sobre la climatología, descubriendo los anticiclones, y trazando por primera vez líneas isobaras en los mapas.
Galton refutó la teoría de la pangénesis realizando una serie de experimentos con ratones, con el fin de comprobar si las transfusiones de sangre alteraban los caracteres heredables. Su trabajo con los guisantes y su posterior investigación en torno a la herencia de la altura lo condujeron a formular los conceptos de regresión y correlación y la Ley de Galton de la herencia ancestral.
Galton pensó en aplicar la selección artificial al ser humano para mejorar la raza, formalizándose así por primera vez la teoría de la eugenesia.
Las repercusiones del movimiento eugenésico no tardaron en llegar. Éstas y otras teorías similares sirvieron de base a los ideales de superioridad de raza, como los del nazismo alemán, pero también tuvieron gran aceptación en el resto de Europa y en Estados Unidos. La práctica de la eugenesia se reflejó en la limpieza étnica, así como en la esterilización de personas con discapacidad intelectual, delincuentes, pobres o enfermos mentales.
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