Dorobek naukowy Autor licznych prac dotyczących budowy wewnętrznej i ewolucji gwiazd oraz właściwości materii międzygwiazdowej. Twórca teorii akrecji materii międzygwiazdowej przez gwiazdy oraz twórca wraz z H. Bondim tzw. teorii ciągłej kreacji (powstawania) materii we Wszechświecie.
Ponadto publikował prace z zakresu kosmologii. Współtwórca (wraz z Thomasem Goldem) modelu stanu stacjonarnego (Steady State theory), do której w 1948 opracował podstawy matematyczne. Wspólnie z Williamem Fowlerem oraz Geoffreyem i Margaret Burbidge’ami przedstawił serię pionierskich prac na temat powstawania pierwiastków ciężkich w procesach jądrowych we wnętrzu gwiazd. W 1960 ogłosił hipotezę na temat powstania Słońca i planet z chłodnego obłoku materii w jednym procesie. Twórca i orędownik kontrowersyjnej teorii panspermii, w myśl której życie narodziło się nie na Ziemi, lecz przywędrowało na nią z kosmosu.
W roku 1981 zaszokował świat nauki odrzucając możliwość ewolucji chemicznej oraz stając się dozgonnym zwolennikiem teorii panspermii.
Zaszczyty Fred Hoyle był laureatem wielu nagród i członkiem wielu towarzystw. Do Towarzystwa Królewskiego przyjęto go w 1957, a w 1973 został honorowym członkiem St.