Свою научную деятельность Грегори Бейтсон начал в 20-х годах в качестве этнографа, изучая культуры племен Новой Гвинеи и балийцев в Индонезии. Результаты этих исследований отражены в его монографии "Naven: Survey of Problems Suggested by a Composite Picture of the Culture of a New Guinea Tribe Drawn from Three Points of View" (Cambridge, 1936), а также в книге "Balines Character: A Photographic Analysis" (N.Y., 1942), написанной в соавторстве с его первой женой Маргарет Мид. Он внес значительный вклад в развитие методов этнографических исследований, широко использовав фото- и кинорегистрацию материала для анализа экспрессивного поведения.
В 40-е годы Бейтсон тесно сотрудничает с Норбертом Винером, активно участвуя в первых конференциях по кибернетике, регулярно организуемых Фондом Джосайи Мейси. Бейтсон одним из первых пытался применить системный подход для осмысления фундаментальных методологических проблем как естественных, так и общественных наук. В 1948 году начинается совместная работа Бейтсона с американским психиатром Юргеном Рушем в его клинике. В 1951 году публикуется их совместная монография "Communication: The Social Matrix of Psychiatry" (N.Y., 1951), в которой была предпринята попытка рассмотреть психические заболевания как особые формы нарушения коммуникации.
В 50-е годы Бейтсон руководит знаменитым исследовательским проектом, проводившимся в госпитале при Управлении по делам ветеранов (Пало-Альто, Калифорния), в который также входили Дон Д.Джексон, Джей Хейли, Джон Х.Уикленд и Уильям Ф.Фрай. Проект касался исследования парадоксов патологической коммуникации при шизофрении и привел к открытию концепции "double bind".
Идеи Бейтсона сыграли огромную роль в зарождении радикально новой формы психотерапии - системной семейной терапии. Именно благодаря Бейтсону в психиатрии и психотерапии стал использоваться совершенно особый способ "эпистемологической пунктуации" клинической и психотерапевтической реальности - системная методология, опирающаяся на такие понятия, как "саморегуляция" и "нелинейная циркулярная причинность". В результате в качестве "пациента" для семейного терапевта стал выступать не индивид, демонстрирующий те или иные нарушения, а вся его семья. Психопатологическая симптоматика стала рассматриваться как функция сети внутрисемейной коммуникации.
Хотя Бейтсон сам почти не занимался психотерапией, его считают своим учителем основатели таких психотерапевтических подходов, как
краткосрочная психотерапия школы Пало-Альто (Д.Джексон, П.Вацлавик, Дж.Уикленд и др.);