Работы Гексли посвящены зоологии и антропологии. Он разработал основы классификации позвоночных, развил положение о единстве строения их черепа. Доказал морфологическую близость птиц и пресмыкающихся, медуз и полипов. В 1859, после того как Дарвин опубликовал свой труд Происхождение видов, Гексли сразу же стал главным защитником его теории, участвуя в течение многих лет в публичных дискуссиях по этому вопросу. В 1860 принимал участие в известном споре с епископом Оксфордским С.Уилберфорсом. В 1863 в своей книге О положении человека в ряду органических существ (Evidence as to Man"s Place in Nature) Гексли открыто заявил о морфологической близости человека и высших обезьян.
Гексли состоял членом правления Итона, был ректором Абердинского университета, членом правления Лондонского университета, профессором Королевского хирургического колледжа, членом правления Оуэнз-колледжа (позднее Манчестерского университета), профессором Британского института, членом правления Международного колледжа, деканом Британского научного колледжа.
Умер Гексли в Истборне (графство Сассекс) 29 июня 1895.
ТОМАС ГЕНРИ ГЕКСЛИГексли Т.Г. О положении человека в ряду органических существ. СПб, 1864
Давиташвили Л.Ш. История эволюционной палеонтологии от Дарвина до наших дней. М. Л., 1948
Ирвин У. Обезьяны, ангелы и викторианцы. Дарвин, Гексли и эволюция. М., 1973





