霍伊尔和伯比奇夫妇、福勒四人提出了元素合成理论，即著名的B2FH理论。1983年诺贝尔物理学奖授予了福勒，未授予霍伊尔，不少人认为这和霍伊尔与一些机构关系紧张有关。

霍伊尔同福勒和瓦戈纳一起以大爆炸理论阐明了轻元素的起源问题。

霍伊尔和加扬·纳里卡合作，一同提出了稳恒态模型的新版本，加入了局部的快速膨胀区域，并且得出万有引力常数随时间减小、地球在膨胀的结论。1970年代，霍伊尔离开剑桥大学后，同昌德拉·魏克拉马辛格合作，提出星际物质中存在生命所必需的复杂分子。他们认为，生命最早可能是在太空中出现的，地球上生命可能来源于进入太阳系内区的彗星携带的有机分子。这个学说是一个自提出以来广受争议的话题，1990年代以后发现了一些支持该学说的证据。

霍伊尔的研究领域非常广泛，除了天体物理学和宇宙学之外，霍伊尔还在巨石阵用途、核能利用、以及冰河时期的相关领域进行过研究。他还写下多部学术专著、科普读物、科幻小说、电视连续剧，以及一部自传。霍伊尔的许多研究成果不符合被认为是正统的学术观点。尽管如此，他仍然被认为是20世纪有影响力的科学家之一。

为纪念这位天文学家，第8077号小行星以他的名字“霍伊尔”命名。

虽然霍伊尔的主要成就是在阐明恒星重元素的构成上．但对于大多数人来说，他们更感兴趣的或许是他对宇宙学上长期占统治地位的大爆炸理论的挑战。

早在二战期间，有一无霍伊尔和另外两位物理学家托尼·古德尔．赫尔曼·邦迪在一起喝酒，三位年轻人喝着喝着，就把话题转到一个共同感兴趣的问题：宇宙是如何存在至今的？

当时天文学界已证实，宇宙中所有的星系都正在相互远离．选个事实使得许多天文学家相信：在过去某一特定时刻．曾经发生了一次爆炸，宇宙由此产生．并且至今仍在膨胀。霍伊尔主要是出于哲学方面的考虑反对这个模型。他认为，假如宇宙有生有灭．物理学规律就会失去普遍性．从某种意义上说，科学本身的基础就不复存在。排除这种荒谬性的唯一方案．就是时空必定是一直存在着。这样他们三人就提出了著名的稳恒态理论。这个理论假设宇宙在时间和空间上是无限的．并且通过一种尚不可知的机制不断产生新物质：星系在相互远离．但中间因为不断有新物质产生．形成新的恒星和星系。这样使宇宙在整体上仍保持着均衡和稳定，这就好比一条河．河里的每个水分子都在运动，但河流作为整体却万古不变．

有人指责该模型中物质从无中创生．违反了能量守恒。但霍伊尔同样有理由指责大爆炸理论引入密度无限大的奇点违反了物理学规律．所以一时间他的模型与大爆诈理沦不分伯仲．20世纪60年代初．微波背景辐射的发现给大爆炸理论提供了有力的支持，从此稳恒态理论的风光就不再了。霍伊尔自己也一度放弃了这个理论。

但是到了20世纪80年代，当霍伊尔看到宇宙学家们为了去解释星系形成和其它—些难题而引入暴涨，晴物质等玄乎的概念时，他的疑虑又出现了．在霍伊尔看来，假如一个理论是正确的．那就会得出许多正确的结论．可是20多年过去了，不仅没有多少事实支持大爆炸理论，相反，这个理论自身倒要不断求助于引入一些玄乎的概念来解释新观察到的现象．这恰恰是它不可靠的一个信号。

于是，在做了一些改进之后．他再次提出了稳恒态理论．认为在宇宙的演化过程中．不是存在着一次大爆炸，而是有许多小爆炸诞生。这些小爆炸产生了轻元素．并造成了星系红移．至于宇宙微波背景辐射，霍伊尔的解释是。这是星际间的金属尘埃发出的辐射。

有趣的是．霍伊尔虽然反对大爆炸理论，但“大爆炸”这个词恰恰是他取的．这个词是如此形像．对于在公众中推广这个理论实在功不可没，以至于几年前有人在一家国外著名科普刊物上发起改名运动．结果以惨败告终．对此，霍伊尔风趣地说：“词浯就像标枪，一扎出去就收不回来了。

除了在宇宙学上是个反叛者．霍伊尔在许多别的问题上也以发表怪论出名．在生命起源理论上，他坚持认为生命的种子来自外太空。在他看来，生命在地球上自发产生，就好比废物旧货在龙卷风的作用下自发组装出一架波音747飞机一样不可思议。霍伊尔还把氨基酸通过纯粹偶尔的组合生成蛋白质的几率比作“太阳系里的所有瞎子在同一时间拼凑出魔方来的可能性”。的确，霍伊尔非常善于用形象的比喻来表明自己的论点．但在论证过程中有时逻辑并不十分严格．以至于他的论敌发明了”霍伊尔式的谬论”选样一个专门名词来指称此类混杂着真知灼见和谬误的论证。

20世纪70年代以来，霍伊尔还进一步认为宇宙中到处都弥漫病毒、细菌和其它微生物蜘，地球上的生命很可能就起源于这些散布在太空中的微生物，并由此引发了生物进化。他还宣称，流感、哮喘和其他一些疾病的流行是地球经过这些病原体时引发的。他甚至相信艾滋病毒是超级大国的某项生物战计划出了差错从实验室里跑出来的。晚年的霍伊尔还转向设计论，认为一定存在某种超自然的智慧在指挥着生命的进化和整个宇宙的进程。他说“宇宙很显然是一种设计，因 为存在如此多的事情，单凭巧合是不可能发生的。”

对他的这些奇谈怪论，有人在《自然》杂志中撰文批评道：“这一切见证了一个杰出的脑袋如何因为追求一些稀奇古怪的东西而误入歧途的。”但有意思的是，20世纪90年代，射电天文学家在星际中真的发现了某种氨基酸的光谱——这说明霍伊尔关于在宇宙中存在一定有机生命的猜测是有一定道理的。

霍伊尔不仅是杰出的科学家，也是一位多产的作家．除了一系列的专著和科普读物．他还是十几部科幻小说和电视剧本的作者．像他这样多才多艺的人在科学界实属罕见。《离太阳只有七步》、《太空序曲》、《入海之门》、《冲击参数》等等

在霍伊尔的小说中，主人公大都是受到政治迫害的科学家。这恐怕与他自己在剑桥的经历有关。因为霍伊尔本人在20世纪70年代因为与学校当局不和而离开了剑桥，成为了一名独立科学家。他最著名的科幻小说《黑云压境》讲述了这么一个故事：故事始于1964年，这一年科学家们发现了一团巨大的星云飘向太阳系，剑桥的科学家经过计算，得到的结论是它将来到地球和太阳之间，从而给人类带来灾难。科学家试图公开这一秘密，而政治家则试图掩盖这一秘密。于是他们展开了较量，当星云移近时，人们却意外的发现这是一团有着智慧生命的星云。在残忍的毁坏了地球四分之一的生命之后，他开始与科学家展开一场有趣的对话，就音乐、男人女人在社会中所扮演的角色，进化以及偏头痛等一系列问题发表它的高论。当美国和苏联当局联合起来准备发导弹摧毁它的时候，发射出去的导弹竟没有伤到他一根毫毛就折返回来，最后，星云跟科学家拜拜。留下鼓励人类要产生更多的天才……这团充满智慧又有点愤世嫉俗的黑云，总让人不自觉的联想到霍伊尔本人。