盡管這本書後來被認為是個體心理學及心理測驗的開始，但高爾頓的初衷並非如此，他想通過實驗和統計數據來揭示狂熱的宗教情感不足以作為判別真理的依據。
19世紀後半葉，實驗心理學脫胎於哲學和生理學而成為一門獨立的實驗科學，在這一曆史變革中起主導作用的是德國的威廉·馮特（W·Wundt）和英國的高爾頓。但實驗心理學之父的美譽給了馮特，因為馮特試圖建立一個係統，努力使實驗心理學成為一門獨立科學。他於1879年在德國萊比錫大學建立了第一個心理學實驗室，被認為是現代實驗心理學誕生的標誌。雖然高爾頓沒有想到要把實驗心理學獨立成一門科學，但他的貢獻是不容忽視的。
高爾頓對實驗心理學的貢獻還包括一係列他所發明的心理測驗儀器和測驗方法。有些儀器後來就以他的名字來命名，例如測量聽覺閾的高爾頓笛和測量視覺範圍的高爾頓棒，這些儀器直到20世紀30年代都是心理實驗室的標準儀器。他還用盛有不同物質的瓶子來測驗嗅覺，這一方法被後人沿用至今。除此之外，他又設計了測量肌肉感覺、反應力、觸覺的儀器和方法。
1892年，高爾頓在《指紋學》這部著作中製定了一套按照紋型（鬥、箕、弓三種類型）及十指順序排列的編碼程序。他在書中又指出指紋具有終生不變性、可識別性和可分類性的三條原則，從而為指紋學的理論和應用奠定了基礎。隨著指紋學方法不斷充實和完善，現在，指紋已成為最重要的個人鑒別手段。
高爾頓致力於廣泛的人體測量，從而獲得了大量的詳細資料，這些資料有力地支持了高爾頓關於人類個體在體能和智能上都存在著巨大差異的觀點，這成為他從事遺傳學和優生學研究的一個原動力。
高爾頓在19世紀遺傳學史上占有重要位置，他對這門科學的突出貢獻是引進了定量分析法，這種方法在他的《遺傳的天才》一書中得到淋漓盡致的發揮。
高爾頓對英國曆史上有名的法官、政治家、軍事家、文學家、科學家、詩人、畫家、牧師等類人物家族進行係統考察，力圖證明智能遺傳的存在，並給予定量描述。他把1865年出版的《時代名人辭典》收錄的人定義為“名人”。通過調查，高爾頓發現平均每100個英國法官的親屬中有8.4個“名人父親”，7.6個“名人兄弟”，11.7個“名人兒子”……共38.3個“名人親屬”；而根據他的推算全英國平均每4000個人中產生一個名人，由此證明天才在法官家族中是遺傳的。當然，高爾頓的調查和統計還比較粗淺、籠統，同時他把人的才能同他的地位一道作為遺傳性狀加以研究也是站不住腳的，但從中我們看出高爾頓相當重視統計學，並將其應用於遺傳學研究。另外，高爾頓還開創了對孿生子的研究，其目的是盡量排除環境，特別是後天教育的影響，隻考察遺傳作用。他的研究指出，遺傳是先天決定的，如果環境較差，可以通過教育來加以補償，使其具備較高的素質。
高爾頓針對不同人種的遺傳特質進行了比較研究，指出不同人種的發展力是由於他們對其特定環境適應的結果。他把進化論中關於變異、選擇和適應等基本原理應用於對人類個體和種族的研究中。他提醒人們，由於低能人大量繁殖和有天賦的人的相對減少將引起種族退化，同時他還指出，通過自身的能力可淘汰祖先留下來的劣性而選擇優性遺傳給後代。
1883年，高爾頓發表了《人類才能及其發展的研究》，在曆史上第一次提出了一個以人類的自覺選擇來代替自然選擇的社會計劃，為此他創立了“優生學”這個新詞。人們就把這一年定為優生學正式誕生的年份，高爾頓被譽為優生學之父。他在這本書的附錄中寫道：
“我們非常需要一個簡單的詞來表達這一改進種族的科學，這種科學絕不僅僅是有關明智地選擇配偶之類的討論，而應具有更廣泛的內容。特別是對人類來說，這門科學研究各種能使較優秀種族或血統得到更好機會的影響，不管這些影響程度如何，以便迅速地勝過那些不那麼好的種族或血統。Eugenics這個詞可以充分地表達這個意義，至少比我以前用過的viriculture一詞的含義更廣。”
高爾頓為優生學下的定義是：“對於在社會控製下的能從體力方麵或智力方麵改造或損害後代的種族素質的各種動因研究。”高爾頓對這項研究傾注了極大的熱情，他先後撰寫了《在現存法律與輿論條件下改良人種的可能》、《優生學的定義、範圍和目的》、《優生學隨筆》等論文和專著。他還建議應對古今各國不同社會階層的生育情況作一廣泛的調查，收集可靠的資料來闡明一些家族之所以繁榮昌盛的原因，深入研究婚姻和婚姻製度的各種因素，普及遺傳學知識並促進其發展，向全民宣傳優生學的重要意義。