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翘亍罚�7岁时，他就把阅读莎士比亚和普薄的作品当作消磨时间的办法了。
这颗极有希望的新星在寄宿学校显得十分暗淡，这里强调死记硬背，而自然的好奇心和独立精神被鞭打、布道和惩罚性的课外作业所压抑。他转到剑桥去连声招呼都没打：他感觉自己处在出人头地的压力下，整天被考试和学习成绩不如人所困扰。到三年级的时候，他还是没有能够在班上名列前茅，而且也看不到可以成为顶尖生（数学成绩特别好的荣誉生）的希望，他慢慢患上了心悸、头晕和走神的毛病。“头脑里面好像有台榨机在转，”他还说，“无法排谴这些念头，有时候我连书都看不进去，光是看到有字的纸都烦。”在精神崩溃的剧痛中，他离开学校回家了。只有在后来决定不去竞争荣誉生而只当普通生毕业后，他才回到学校完成了学业。他对考试和学习成绩的名次耿耿于怀，一直留在心里，一辈子都难以忘怀。
剑桥毕业后，高尔顿完成了医学培训（这他早就开始了），可当他父亲于1844年去世时，他已经很富裕了，因此放弃了行医的打算，过了好几年的绅士生活，骑马、射击、赴宴和旅行。可是，富闲的生活对他无法宁静的大脑来说远远不足以使他满足，因而，在二十七八岁的时候，他在咨询了皇家地理学会后，决定花自己的钱到西南非腹地进行两年的探险生活。他带回了大量制图信息，使原来地图上的一片空白有了内容，而在31岁的时候，他被授予这个学会的金奖，并被表彰为杰出的探险人。
1853年同年，他结了婚，而且让自己的旅行生活稍加收敛了一些，通过写游记来保持自己对冒险的兴趣，并帮助别人安排一些大型探险活动。可是，这些活动不能长期使他满足，因而，他转向了发明，生产出了一系列有用的装置，其中包括印刷发报器（电传的前身），一种改进的油泵，一种橇锁销的装置，一种旋转蒸汽机和一种潜望镜，这种潜望镜可以使他在拥挤的地方越过高个子看一些地方。
到他40岁的时候，因为需要一种新挑战，他捡起了气象学。他曾想到，他可以通过最近研制出来的一种发报器同时收集不同地方的天气数据，把这些数据弄在一张图上，看看重要的模式是否能够变得明显起来。当他这样做，并把具有同样气压的点用线条连接起来的时候，他就发现，它们可以描述几近环形的低压区和高压区（气旋和非气旋），其在地表的运动就是预测天气的基础。
约在同时，高尔顿终于来到他一辈子最感兴趣的领域，即智力的遗传。1859年，查尔斯·达尔文发表了他划时代的《物种起源》，这部著作极大地影响了高尔顿，给他留下深刻印象。达尔文最基本的假设之一是，在任何物种的成员之中，都有少量遗传的变化或者差异，进化是通过物竞天择、适者生存的原则发生的。尽管《物种起源》主要是针对动物而言的，但高尔顿把它的结论运用到了人类中。他推想，人类物种的进化也可能是通过有最好的大脑的有及其向子孙传递的天生的心理优越性而发生的。
这与高尔顿在剑桥时期的印象是一致的，即许多人之所以能够赢得荣誉和高分，是因为他们的父亲和父亲的父亲都是能赢的人。高尔顿现在设想并进行了一个有价值，如果不说是繁重的研究项目：他检查和统计一些家庭，一些在过去40年时间内赢得了剑桥的古典知识和数学高分的人。如他所料，高分一直是被一些特别家庭的子弟所获取的，这个比例极不匀称。他于1865年发表了自己的结果，从那以后，他的生活与工作就一直围绕着人类心理能力的遗传本质和通过选择繁殖而改进人类。高尔顿一定感到这是个令人百思不得其解的恶作剧，因为他和妻子从没有能够生出孩子来。一位弗洛伊德主义的心理学家可能会说，他对这个课题的固结是对他不能生育的补偿。
尽管高尔顿在剑桥一直不能拿到数学荣誉，但他的研究方法却是有数学特征的；跟古希腊雄辩家狄摩西尼一样，虽然有语音障碍，可偏要成为演说家一样，高尔顿使自己的弱点变成了最大的长处。他研究智力，或者说是研究任何使他感兴趣的问题的办法，就要找到某种能够计量的东西，这样他就可以计算比例，比较平均值，然后得出结论。在非洲，他测量了当地妇女的一些数字（在一个明智的距离之外），在与英国妇女的相应比较时，他发现这些数字相当不同。回到家后，在他到过的城市里，他记录了遇到的女人是漂亮、一般还是很丑的数据，他发现，漂亮女人的发生率在伦敦最高，在阿伯丁最低。在科学会议上，他数过每分钟发生烦燥不安的次数，在一个由50名听众组成的样品会议上，他发现，当讲演使听众感兴趣时，烦燥不安的情形会减少一半。
高尔顿1869年出版了《遗传天赋》，这是他第一部，也是他论心理能力遗传的4本书中最有影响的一部著作。他在该书中的方案是要选择一系列非同寻常的人，看看在这些人的家庭中，才智的普及率与一般家庭比较起来有多高。他的超常心理能力的标准，在这个时候，是在公众中的名声：
我认为社会及职业生涯是一个连续的检查。一切都是为了赢得别人的好感，也为了在自己的职业里获取成功，他们取得的成功与对他们总体的优越之处的普遍估计成比例。
为了确立这样的声望（因而是心理能力）有多么频繁，他计算了1868年和更早些年《伦敦时报》上的讣文，结果发现，在超过中年的100万人口当中，只有250人登了讣文，也就是只有四千分之一。
然后，他又着手将一些杰出人士家庭中的显著人物的比例与之相比较：如自宗教改革以来的英国法官、过去几百年以来的首相和著名军事首领、文学人物、科学家、诗人、画家、音乐家和新教神职人员的抽样结果。他计算出，这些人出现的比例与四千分之一的比例少得多；他估计，他们的频率为百万分之一。如果天才是遗传的，他应该在他们的亲戚中发现一个比百万分之一甚至四千分之一的比例大得多的杰出人物出现率。
高尔顿是根据“平均值的偏差率”来作为其对天才人物稀少率的估计的。这个定律是在那个世纪的初期由一些数学家推算出来的，他们要表示天文观测和靠运气赢牌的游戏中的数字或牌型的误差分布率。可是，它也适用于人类特征的可变性。1835年比利时天文学家阿道夫·奎特勒利用有关法国兵员的信息报告说，一些人很高，一些人很矮，其它的人都处在中间，最大数量的人是平均值或者接近平均值。这个数据，如果在图形上表示出来就会得出一个钟形曲线，大部分人都处在中间位置。从中间于始，越向两边走人越少。人类特征的“正常分布曲线”概念在今 天是如此熟悉，但这个问题在奎特勒的时代竟然会成为一个新发现。
高尔顿推想，有关身高的实际情况，在人体的其它一些特征中也应该是一样的，如脑重、神经纤维的数量、感官灵敏度－因而也就是心理能力。果真如此，一个人的心理能力就应该遵守正常分布曲线。他把人类智力曲线分成16个等分——8个在平均值以上，8个在平均值以下——然后，根据曲线的形状计算每段的人口比例。他说，两个最高的段加起来只有百万分之二百四十八，这符合四千分之一的杰出人物讣文比例。可是，在曲线的两端，人数变得很少。真正杰出的人只有百万分之一，而且，他希望证明的是，这些人是天生如此，而不是造就或者自我教育而成的：
有人提出，婴儿生下来大都差不多，而且，在一个孩子与另一个孩子，一个人与另一个人之间造成差别的惟一原因就是稳步的教育和道德培养，我对这个假设没有什么耐心……对于天生平等这样的观点，我是持极力反对意见的。育儿园、中小学和大学的经验，再加上职业生涯的体验，都是与此相反的证据。
高尔顿感觉确定的是，在一个“进步的”社会里（他的原话），比如维多利亚时代的英国，天生能力一定会得到成功的嘉奖：“如果一个人有很高的智力水平，有愿意工作的急迫心情还有工作的力量，我无法理解这样一个人怎么可能被压抑住……（反过来，）他一定会受到万众的欢呼。”
高尔顿在宗谱研究上付出的辛勤劳动得出了成果，他发现，在他抽样调查的286位法官当中，约有九分之一是另一位法官的父亲、儿子或者兄弟；另外，在这些法官的亲戚当中，还有许多人是主教、海陆将军、小说家、诗人和医生。在这些人的家庭里面，杰出人物出现的几率比在普通家庭里面的出现几率高好几百倍；杰出人物其他方面的特征亦是如此。
他总结了有关杰出人物所有范畴里面的数据，并报告说，有百分之三十一的人有杰出的父亲，百分之四十一的人有杰出的兄弟，有百分之四十八的人有杰出的儿子。另外，一位杰出人物与其亲戚的关系越近，这位亲戚也会出名的可能性就越大。高尔顿很高兴，因为他已经彻底证明了他提出的假设——“人天生的能力来自遗传，与整个有机世界的自然特性遵守同一些严格规律。”
现代心理学家可以指出高尔顿方法学中好些天真的缺点，尤其是没有能够指出杰出人物成长的环境；如果大部分人是在极有利的环境中成长的，这些数据也许就会得出环境和遗传具有同样的影响力的结果。可是，不管高尔顿的方法中存在什么样的局限，他已经确立了智力当中的的遗传性，认为它是心理学研究当中一个有效的课题，从那以后，情况也的确如此。
可是，高尔顿的名声却蒙上了污点，因为根据其发现和历史给他显示出的意义，他提出一种社会政策。正是他合成了“优生学”这个术语的，从他1869年出版有关遗传天才的第一本书，到1911年死