Praca naukowa Douglas początkowo specjalizował się lepidopterologii, szczególnie istotny wkład wnosząc w badania molowców (motyli drobnych). Jego pierwsza praca, Random Thoughts on Entomology, ukazała się w 1837 roku na łamach Entomological Magazine, jednak większość wczesnych prac lepidopterologicznych publikował na łamach Entomologist’s Weekly Influencer. W 1856 roku wydał wspólnie z Henrym Tibbatsem Staintonem, Philippem Christophem Zellerem i Heinrichem Freyem swoją najważniejszą publikację lepidopterologiczną, The Natural History of the Tineina. Pod wpływem mieszkającego po sąsiedzku Staintona Douglas zaczął rozszerzać swoje zainteresowania na inne rzędy owadów, zbierając m.in. chrząszcze. W 1856 roku ukazała się jego ogólniejsza książka pt. The World of Insects, a Guide to its Wonders. W kolejnych latach skoncentrował się na hemipterologii i to z wkładu w tę dziedzinę był znany najbardziej. W 1865 roku wydał wspólnie z Johnem Scottem swoją najważniejszą na tym polu pracę, The British Hemiptera. W 1876 roku, również wspólnie ze Scottem, skompilował katalog brytyjskich pluskwiaków różnoskrzydłych.