Основные труды по теории статистики и генетической теории эволюции. Ввёл понятие достаточной статистики, построил теорию точечных и интервальных статистических оценок, разработал методику планирования экспериментов и внёс существенный вклад в создание современной теории статистической проверки гипотез. Ввёл основные понятия генетики количественных признаков, исследовал стохастические процессы в популяциях, предложил ряд моделей действия естественного отбора, первый рассмотрел случай сверхдоминирования по приспособленности, предложил теорию эволюции доминантности. Сформулировал т. н. фундаментальную теорему естественного отбора, носящую его имя.

Член Королевского статистического общества. Почётный член многих академий, английских и иностранных научных обществ ; почётный доктор наук и доктор права многих университетов ( Лондон, Гарвард, Чикаго, Калькутта, Глазго и др.). Награжден Дарвиновской медалью Лондонского королевского общества.