מאמרו "מוצא החיים" משנת1929 היווה בסיס לתאוריית "המרק הקדום", הקרויה כיוםאביוגנזה, תאוריה שפותחה באופן בלתי תלוי גם על ידי המדען הסובייטיאלכסנדר אופרין ולימים נודעה בשם "תאוריית אופרין–הלדיין". תאוריה זו היא הבסיס להבנה המודרנית שלמוצא החיים שמקורו בתהליכיםכימיים.
"תאוריית המלריה"(אנ') שלו, בדבר וריאציה גנטית שהופכת אוכלוסיות אפריקאיות לפגיעות יותר לאנמיה חרמשית אך מגנות עליהן מפנימלריה, זכתה לאישוש מחקרי. דבר זה סייע להפריך אי הבנה נפוצה בקשר לדרך פעולתה שלברירה טבעית – בלבול ביןהשרדות הכשירים לבין השרדות החזקים – שכן תכונה שיכולה להיות מועילה בהקשר מסוים עשויה להיות חסרון בהקשר אחר.[1] הלדיין היה הראשון למצוא את מקומם של הגנים להמופיליה ולעיוורון צבעים על הגנום האנושי, בכרומוזום X.
כמה מהצהרותיו של הלדיין על המחקר המדעי שלו זכו לפופולריות במהלך חייו. אחת מהן היא "מאובן של ארנב בפרקמבריון" כתשובה לשאלה אילו ראיות היו עשויות להרוס את ביטחונו בתאוריית האבולוציה ובתחום המחקר שלה. הדבר נחשב כדוגמה לכך שאבולוציה עומדת במבחן ההפרכה שלפופר – שכן לא נמצאו מעולם מאובני ארבנים בפרקמבריון, וכן לא נמצא מעולם מאובן שלא היה בתקופה הגאולוגית שבה הוא אמור להימצא לפי התאוריה האבולוצונית ולפי התפתחותעץ החיים, במהלך גילוי אלפי מאובנים על ידי חוקרים בתקופות שונות ובמדינות שונות, כל המאובנים שנמצאו התאימו למקומם הגאולוגי בדיוק. הדבר הוא דוגמה אחת לחיזוי נכון של תורת האבולוציה ודוגמה לאישושים שלה.[2]
הלדיין היה הראשון להעלות את רעיון אתהפריות המבחנה, בספרו הבדיוני "דדלוס" (Daedalus). בשנת1923 הגה, בנאום שנשא באוקספורד, את רעיון השימוש באנרגיה גרעינית. הוא טבע רבים מהביטויים המשמשים כיום בתחום המחקר הביולוגי, בהם "שיבוט" (Clone), "טראנס" (כמו בביטוי "טראנסגני"), "דרווין" (יחידת מדידה של אבולוציה) ועוד.