高尔顿是一位渊博的、跨多领域开展研究工作的学者，他的研究兴趣涵盖多个学科，但他在心理学领域所中出的贡献却是较为卓越的。美国心理学家赫根汉在他的著作《心理学史导论》（
An Introduction to the History of Psychology
）中这样评价高尔顿：“很少有人能像高尔顿那样对心理学做出了这么多的‘第一’”。高尔顿的首创包括对先天-后天问题的研究、问卷的使用、单词联想测试的开发、双生子研究、心理意象研究、智力测试以及相关技术的发展。
弗朗西斯·高尔顿于1822年2月16日出生在英国伯明翰市拉奇斯（Larches）。是著名生物学家、进化论奠基人、《物种起源》作者查尔斯·达尔文（Charles Darwin）的表弟。3岁之前，他就已经表现出超越其他同龄儿童的能力水平。不到5岁时，他就已经能阅读任何英语书籍，并完成所有加法计算以及一些简单的乘法计算，这已经达到9-10岁的孩子的能力水平。高尔顿的青年时期具有明显的“杂家”或曰百科全书式学者的特征。他首先在伦敦国王学院学院学习了解剖学和植物学，不久后又将兴趣转移到自然哲学和数学，进入牛顿的母校剑桥大学三一学院学习。但是由于疲劳过度，他在第三学年中断了学业，之后在父亲的安排下前往伦敦圣乔治医院继续研究医学。
词语联想法由高尔顿首次提出，是当今心理学最古老的测量工具之一。通过词语联想实验，高尔顿发现：脑海中所储存的内容量并不大，我们总是以已经习惯的方式进行思考。其次，想法在大脑中留下的痕迹很浅，想法要被长期保留，必须先引起主体兴趣，同时大脑必须经常有意或无意地回忆，否则就会遗忘。词语联想实验证明了在半无意识状态下人的心理所完成的工作的多样性，说明可能存在不需要意识的、更深层次的加工过程。
在19、20世纪，该测验被大量实践和传播，为心理测试奠定了基础并普及了经验。该方法在临床心理学家和精神分析领域被接受和使用，冯特（Wilhelm Wundt，1832-1920年）和荣格（Carl Gustav Jung，1875-1961年）都使用了高尔顿的单词联想方法，荣格提出了100个单词，以帮助检测焦虑和神经质参与的“情结”。1910年，Kent和Rosanoff对该词表进行修订，并一致沿用至今。高尔顿在词语联想的工作还预见了精神分析的两个方面：自由联想的使用和无意识动机的识别。
心理学不能达到物理科学的确定性和精确性，除非它建立在实验和测量的基础上。高尔顿是最早的实验心理学家之一，也是现在差异心理学研究领域的创始人之一。
高尔顿的心理测验开始于身体而非心理的测量，包括在宾夕法尼亚大学的心理实验室进行测试及伦敦国际健康展览会上创建的“人体测量实验室”。
他认为感官敏锐度与智力有关，因此，人体测量实验室可以被视为测量智力的努力，甚至是心理测试的开端。他认为最广泛意义上的人的能力，包括性格和体格，是有限的、可测量的。通过对健康、生长和疾病数据的连续记录进行汇编，可以获得许多有用的知识，并获得一套像考试系统衡量智力一样准确地衡量人类能力的测验。
高尔顿还发明了一系列心理测验仪器和测验方法。例如高尔顿笛（tube）和高尔顿棒（bar）。这些人体测量的努力、所研发的心理测验工具，成为心理学、尤其是认知心理学、创造力心理学领域不断迭代的研究范式变革、进步的源泉。
1878-1879年，高尔顿首次在公开文献中提到“心理意象”（mental imagery）。心理意象是指有一些人的视觉记忆非常清晰锐利，甚至可以在脑海中呈现出像真实物体一样可以被轻松、长时间关注的心理图片。他通过让人们想象他们坐下来吃早餐时的场景，测量了他们产生“心理意象”的能力。
高尔顿对心理意象研究还包括“可视化数字”（visualized numerals），这种现象在现在被称为“联觉”。具有这种能力的个体能在脑海中清晰的看到数字图像、字母表、日期等等，不同人看到的数字图形的形式差别很大。
图1 高尔顿采访的被试描述自己看到的数字
高尔顿认为心理意象是人们在学会写字之前的早期心理阶段的遗存，“这些是自然、自我发展出一系列助记符，并且是最早的心理过程的残余，也是心理结构中许多个体的线索”。这种行为与动物筑巢的本能类似。
与其他高度发达的才能，心理意象更容易被忽视，但它却可能对某些职业的发展提供较大帮助。他畅想如果在不影响符号抽象思维实践的情况下，认真研究发展和利用这种能力的方法，也许会缓解教育科学中许多紧迫的需求。
在如今，高尔顿的这一畅想已得到现代研究证明，例如，通过发展使用心理意象产生新颖想法的技能可以增强特定领域的创造力，也可以改善一般领域的灵活思维等。
高尔顿对心理统计学的贡献是发展出了相关、回归的概念以及中位数的概念。当时，高尔顿希望能够总结出人类天赋的遗传规律，他首先探究了甜豆大小的遗传规律，发现非常大的甜豆的后代往往不如它们原来那么大。他将这种现象称为向均值回归。
相关的概念界定中，高尔顿使用了人体测量的数据来对其概念进行描述：当一个器官的变异平均伴随另一个器官大小不等的变异且方向相同时，两个可变器官被称为是相关的。例如，手臂的长度与腿的长度是相关的，因为手臂长的人通常腿长。
最初，高尔顿只是调查了杰出个体和他们杰出后代之间的关系，并利用散点图直观地呈现出结果。之后，高尔顿的学生卡尔·皮尔逊（Karl Pearson，1857-1936年）将这种方式改进，推导出了著名的皮尔逊相关公式。在皮尔逊退休后，罗纳德·费舍爵士（Ronald Fisher，1890-1962年）又接替了他的工作，并提出了方差分析的F值，补充和发展了统计学的内容。从高尔顿-皮尔逊-费舍一脉相传的开拓性创新，为统计学的“进化”提供了三波推动力量，统计学的大厦不断稳固起来。
高尔顿的专著《遗传的天才》不仅被公认为心理学的经典，也被视为历史测量学（Historiometry）研究史上第一本颇具影响力的著作。他的工作被视为对创造力和其他高能力遗传特点研究的开端。
高尔顿使用的家族谱系法是历史测量法前身，即通过对研究对象进行家谱及相关资料的搜集来验证创造力的一些遗传特性。他调查了一大批较为杰出的人物及其家族的历史，证明杰出人士的后代更有可能成为杰出人士。
1883年，高尔顿在《人类才能及其发展研究》（
Inquiries into Human Faculty and its Development
）中正式提出了“优生学”（Eugenics）的概念，主张通过几代人的婚育，培育出具有高度天赋的后代。优生学的提出对于普及遗传知识具有重要意义。但后来，优生学的概念被种族主义等反人类观念滥用，造成了许多人间惨剧。现如今，优生运动往往被当作历史教训为人们所回顾。
之后，高尔顿又出版了《科学中的英国人：他们的先天和后天》（
English men of science: Their Nature and Nurture
）。他最先在本书中提出了先天-后天的争论，并首创了双生子研究法，通过比较同卵和异卵双胞胎来遗传和环境对个体表型的影响。该方法后来发展成为后来行为遗传学、分子遗传学等重要领域的经典方法之一。
本书中，他还第一次系统地尝试研究遗传对智力的影响，高尔顿早期支持智力遗传的假设，但在后期他逐步承认了环境的重要性：高智力的潜力是遗传的，但必须通过适当的环境来培养。
高尔顿是名副其实的拔尖创新人才，他的原创性贡献、热忱和跨越时代的影响力都对得起这个称号，为心理学学科的发展以及推动心理学成为一门更严谨的科学方面做出了卓越贡献。高尔顿开辟了创造力心理学领域，他开发的“早餐桌问卷”和“词语联想测验”中的许多指标仍保留至今，并与当前创造力测量领域主流的远距离联想测验（Remote Association Test）共享远程关联能力这一核心因素；他通过历史测量法研究创造力等杰出能力在家族中的遗传规律并出版的著作《遗传的天才》，被公认是创造力心理学研究的开山之作；他所提到的“先天—后天之争”，引发了心理学界一百多年持续而激烈的争论，成为心理学界持续时间最长、规模最大、结论最难确定的课题，这也是遗传决定论、环境决定论和相互决定论最早的缘起。
此外，他提出的相关和回归的概念，及在统计学、心理测量学方面的创造性开拓，大大提升了心理学研究的精确性和科学性，为定量研究提供了方法和方法论基础。
