Huxley byl po Augustu Weismannovi nejvýznamnějším biologem, který trval na tom, že přirozený výběr je hlavním činitelem evoluce. Byl vynikajícím komunikátorem a významným popularizátorem biologické vědy pro veřejnost. Na počátku 20. století patřil k menšině biologů, kteří věřili, že hlavní hybnou silou evoluce je přirozený výběr a že evoluce probíhá po malých krůčcích, nikoli skokově. Tyto názory jsou dnes již standardem. Ačkoli jeho působení na akademické půdě bylo poměrně krátké, ve 20. letech 20. století učil a podporoval řadu evolučních biologů na Oxfordské univerzitě.
Moderní evoluční syntéza
Huxley byl klíčovou postavou moderní evoluční syntézy. Vysvětloval, jak se objevy Gregora Mendela v oblasti genetiky shodují s teorií Charlese Darwina o evoluci pomocí přírodního výběru. Huxleyho
První Huxleyho "zkušební prací" bylo pojednání o evoluci ve Science of Life (1929-30) a v roce 1936 publikoval dlouhý a významný článek pro Britskou asociaci. V roce 1938 vyšly tři dlouhé recenze na významná evoluční témata.
Nyní nastal čas, aby se Huxley naplno věnoval tématu evoluce v díle, které se stalo stěžejním v jeho životě. Knihu Evoluce: moderní syntéza napsal v době, kdy byl tajemníkem Zoologické společnosti, a využil v ní svou pozoruhodnou sbírku reprintů z první poloviny století. Vyšla v roce 1942. Recenze knihy v odborných časopisech byly jen málo nadšené; American Naturalist ji označil za "vynikající evoluční pojednání desetiletí, možná století. Přístup je důkladně vědecký, zvládnutí základních informací úžasné".
Jako hlavní Huxleyho spolupracovníci v moderní evoluční syntéze se obvykle uvádějí Ernst Mayr, Theodosius Dobzhansky, George Gaylord Simpson, Bernhard Rensch, Ledyard Stebbins a populační genetici J. B. S. Haldane, Ronald Fisher a Sewall Wright. V
době vydání Huxleyho knihy však někteří z nich ještě neměli svůj výrazný přínos. E. B. Ford a jeho spolupracovníci v oblasti ekologické genetiky byli přinejmenším stejně důležití.
Evoluční pokrok
Vždy věřil, že evoluce v širším pohledu vede k pokroku v organizaci. "Pokrok bez cíle" byla jedna z jeho oblíbených frází.
V závěrečné kapitole své knihy Evoluce - moderní syntéza definuje evoluční pokrok jako "zvyšování horní úrovně biologické účinnosti, která je definována jako zvýšená kontrola a nezávislost na prostředí. "Přírodní výběr plus čas vytváří biologické zlepšení...". Zdokonalení biologického mechanismu... končetiny a zuby pasoucích se koní... zvýšení mozkové kapacity... Oči dračí mouchy, které vidí do všech stran, jsou zlepšením oproti pouhým mikroskopickým očním skvrnám raných forem života". "[V] celém časovém rozpětí evoluce vidíme obecný pokrok - zlepšení všech hlavních vlastností života, včetně jeho celkové organizace. [Zlepšení však není univerzální. Nižším formám se daří přežívat vedle vyšších".