Huxley var den viktigaste biologen efter August Weismann som insisterade på att det naturliga urvalet är det viktigaste agenten i evolutionen. Han var en skicklig kommunikatör och en framstående popularisatör av biologisk vetenskap för allmänheten. I början av 1900-talet hörde han till den minoritet av biologer som ansåg att det naturliga urvalet var den viktigaste drivkraften i evolutionen och att evolutionen skedde med små steg och inte med språng. Dessa åsikter är numera standard. Även om hans tid som akademiker var ganska kort, undervisade och uppmuntrade han ett antal evolutionsbiologer vid Oxfords universitet på 1920-talet.
Modern evolutionär syntes
Huxley var en nyckelperson i den moderna evolutionära syntesen. Den förklarade hur Gregor Mendels upptäckter om genetik passade ihop med Charles Darwins teori om evolution genom naturligt urval. Huxleys
Huxleys första "provkörning" var behandlingen av evolutionen i Science of Life (1929-30), och 1936 publicerade han en lång och viktig artikel för British Association. År 1938 kom tre långa översikter om viktiga evolutionära ämnen.
Nu var det dags för Huxley att ta itu med ämnet evolution i full utsträckning, i vad som blev hans livs viktigaste verk. Hans bok Evolution: the modern synthesis skrevs medan han var sekreterare i Zoological Society, och han använde sig av sin anmärkningsvärda samling av nytryck från första delen av århundradet. Den publicerades 1942. Recensionerna av boken i de vetenskapliga tidskrifterna var knappast annat än extatiska; American Naturalist kallade den för "decenniets, kanske århundradets, enastående evolutionära avhandling". Tillvägagångssättet är grundligt vetenskapligt, och behärskningen av den grundläggande informationen är häpnadsväckande".
Huxleys främsta medarbetare i den moderna evolutionära syntesen brukar anges som Ernst Mayr, Theodosius Dobzhansky, George Gaylord Simpson, Bernhard Rensch, Ledyard Stebbins och populationsgenetikerna J.B.S. Haldane, Ronald Fisher och Sewall Wright. Vid
tiden för Huxleys bok hade dock flera av dessa ännu inte gett sitt tydliga bidrag. E.B. Ford och hans medarbetare inom ekologisk genetik var minst lika viktiga.
Evolutionära framsteg
Han trodde alltid att evolutionen i stort sett ledde till organisatoriska framsteg. "Framsteg utan mål" var en av hans favoritfraser.
I det sista kapitlet i Evolution the modern synthesis definierar han evolutionära framsteg som "en höjning av den övre nivån av biologisk effektivitet, som definieras som ökad kontroll över och oberoende av miljön. "Naturligt urval plus tid ger biologisk förbättring... Förbättringar i det biologiska maskineriet ... lemmar och tänder hos betande hästar ... ökningen av hjärnans kraft ... Ögonen hos en trollslända, som kan se runt omkring sig i alla riktningar, är en förbättring jämfört med de mikroskopiska ögonen hos tidiga livsformer". "[Över] hela den evolutionära tidsperioden ser vi allmänna framsteg - förbättringar av livets alla viktigaste egenskaper, inklusive dess allmänna organisation. [Men] förbättringen är inte universell. Lägre former lyckas överleva tillsammans med högre".