В эти же годы ученый активно занимался климатологией и метеорологией. Он был первым, кто стал публиковать метеорологические карты Европы, обозначая на них осадки, облачность, направление ветра. В 1863 г. им был создан атлас под названием «Метеорографика, или Методы нанесения погоды на карту». Занятия этими вопросами привели его к важному открытию. В его время было известно такое явление, как циклон, центр которого отличается низким давлением. Гальтон установил наличие центров с высоким давлением и центробежным движением воздуха по направлению часовой стрелки. Эту систему, противоположную циклону, он назвал «антициклон». Это понятие сохранилось в метеорологии по сей день.
Страсть Гальтона к созданию новых приборов и приспособлений проявилась и в этой области. Он разработал своеобразные приборы для получения метеорологических карт и чертежей, а также «волновую машину» для использования энергии морских волн.
Однако основные интересы ученого лежали в иной области. Главной сферой его научных изысканий явилось исследование человеческих способностей.
Фундаментальный труд «Наследственный гений» увидел свет в 1869 г. Ему предшествовало несколько статей аналогичного содержания.
Интересна его статья «Стадность у рогатого скота и человека». В ней, рассуждая о «стадном инстинкте», свойственном человеческому обществу, Гальтон утверждал, что в прошлом этот инстинкт был оправдан, но в современных условиях он вреден. Его необходимо преодолеть, чтобы вывести человеческий род на путь морального и интеллектуального прогресса. Средство к этому предлагалось то же, что и для улучшения породы скота, — искусственный отбор.
Такие идеи возникли у Гальтона под впечатлением «Происхождения видов» Ч. Дарвина. Первая статья ученого о наследовании человеческих черт «Наследственный талант и характер» появилась в 1865 г. Уже в ней намечены основные принципы, которых он придерживался в последующих изысканиях.
Главное убеждение Гальтона состояло в том, что талант человека и вообще все психические свойства так же наследуются, как и его физические качества.
Для аргументации этого положения им был разработан так называемый близнецовый метод, впоследствии получивший в психологии чрезвычайно широкое распространение. Сопоставляя степень схожести по ряду параметров монозиготных и дизиготных близнецов, Гальтон еще более укрепился в убеждении, что наследственность играет решающую роль в становлении личности, а условия среды — второстепенную.
Признание наследственности таланта неизбежно направило мысль Гальтона на изучение и измерение ее функций, то есть на психометрические исследования. «Психометрия есть искусство охватывать измерением и числом операции ума, как, например, определение времени реакции у разных лиц… Пока феномены какой-нибудь отрасли знания не будут подчинены измерению и числу, они не могут приобрести статус и достоинство науки». Последняя фраза Гальтона стала впоследствии лозунгом биометрической лаборатории, основанной им в Лондоне.