Hinton wspólnie z Davidem Ackleyem i wynaleźli maszyny Boltzmanna. Jego inny wkład w badania sieci neuronowych obejmują reprezentacje rozproszone, sieci neuronowe z opóźnieniem czasowym, mieszanki ekspertów, maszyny Helmholtza i produkt ekspertów. W 2007 roku Hinton był współautorem artykułu dotyczącego uczenia się bez nadzoru zatytułowanego Uczenie się bez nadzoru transformacji obrazu. Przystępne wprowadzenie do badań Hintona można znaleźć w jego artykułach w Scientific American we wrześniu 1992 i październiku 1993 r.

W czasie badań po doktoracie w Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, w 1986 r. Hinton wraz z Davidem Rumelhartem i Ronaldem J. Williamsem opublikowali pracę, która spopularyzowała algorytm propagacji wstecznej do uczenia wielowarstwowych sieci neuronowych. Praca ta była ważna w popularyzacji propagacji wstecznej, lecz autorzy nie byli jedynymi, którzy zaproponowali takie podejście. Automatyczne różnicowanie w trybie odwrotnym, którego szczególnym przypadkiem jest wsteczna propagacja, zostało zaproponowane przez w 1970 r., a zaproponował wykorzystanie go do uczenia sieci neuronowych w 1974 r.