Dans son premier ouvrage, Une Nouvelle Science de la Vie: l’Hypothèse de la Résonance Morphique, Sheldrake propose l’idée suivante: les phénomènes, en particulier biologiques, sont d’autant plus probables qu’ils se produisent souvent et de ce fait la croissance et le comportement biologiques s’inscrivent dans des schémas établis par d’autres évènements similaires précédents; une forme de Lamarckisme. Il suggère que ceci est à la base de nombreux aspects scientifiques, de l’évolution aux lois de la nature, et que ces dernières seraient ainsi des habitudes mutables qui ont évolué depuis le Big Bang.
À sa sortie, cet ouvrage fait l’objet de débats dans des publications scientifiques et religieuses variées et reçoit des critiques mitigées. Puis en 1981, le journal Nature publie un éditorial intitulé : « Un livre à brûler? » écrit par son principal éditeur John Maddox. Il y écrit : « L’étude de Sheldrake est un exercice pseudo scientifique. Beaucoup de lecteurs penseront qu’il a réussi à trouver une place pour la magie dans les débats scientifiques, et c’est sûrement l’un des objectifs de l’écriture d’un tel ouvrage. »
Les critiques de Maddox provoquent ce qu’Anthony Freeman qualifie de « tempête de controverses ». Dans une parution ultérieure, Nature publie plusieurs lettres en désaccord avec la position de Maddox concernant Sheldrake. Le journal New Scientist remet alors en cause l’abandon par Nature de la méthode habituellement utilisée dans le monde scientifique du «procès par éditorial».
Selon Freeman, « la fureur provoquée par l’attaque de Nature [et l’obstination de Maddox] ont mis fin à la carrière académique de Sheldrake et ont fait de lui la persona non grata de la communauté scientifique ». En 1994, dans un documentaire de la BBC sur la théorie de Sheldrake, Maddox développe son point de vue:
La Mémoire de l’Univers: Résonance Morphique et les habitudes de la nature (1988) met en avant la résonance morphique, un aspect de l’hypothèse de la « formation causative » introduite par Sheldrake dans Une Nouvelle Science de la Vie, et y apporte des preuves. Sheldrake y écrit «Puisque ces organismes précédents sont plus similaires entre eux qu’identiques, lorsqu’un organisme ultérieur est sous leur influence collective, ses caractéristiques morphogénétiques ne sont pas précisément définies; elles se composent plutôt d’une combinaison de formes similaires ayant déjà existé. Ce processus est semblable à la photographie composite, dans laquelle une photo «standard» est créée grâce à la superposition de plusieurs images analogues. Les caractéristiques morphogénétiques sont des structures de «probabilité» dans lesquelles l’influence des types passés les plus répandus se combinent pour augmenter la probabilité que ces types réapparaissent».
Pour appuyer son hypothèse, Sheldrake cite la reproduction de l’expérience sur des rats dans un labyrinthe aquatique de William McDougall et la reproduction par Mae-Wan Ho de l’expérience de Conrad Hal Waddington sur des drosophiles, ainsi que plusieurs expériences psychologiques impliquant l’apprentissage humain (aucune de ces dernières n’ont été répliquées). Sheldrake soutient qu’un certain nombre d’anomalies biologiques sont résolues grâce à la résonance morphique, notamment la mémoire personnelle (qui sans quoi requiert l’existence d’un mécanisme de stockage d’information élaboré dans le cerveau), l’atavisme et l’évolution parallèle. Il soutient que l’existence de caractéristiques organisatrices, avec ou sans mémoire inhérente, expliquerait des phénomènes allant du comportement social coordonné entre insectes, au vols d’oiseaux et aux bancs de poissons en passant par la régénération de membres coupés chez les salamandres ou la sensation de membre fantômes chez les amputés. Dans ce dernier cas, les caractéristiques organisatrices du membre resteraient présentes même après la disparition du membre lui-même.
En 1994 Sheldrake dresse une liste de Sept Expériences qui pourraient changer le monde, qui comporte entre autres, la base de son étude Ces chiens qui attendent leur maître (1999). Dans Sept expériences…, il encourage des gens inexpérimentés dans son domaine à contribuer à la recherche scientifique et soutient que des expériences scientifiques similaires aux siennes peuvent être menées avec de très petits budgets.
En 2003 Sheldrake publie La sensation d’être observé par quelqu’un sur l’effet psychique du regard, comprenant une expérience au cours de laquelle des sujets aux yeux bandés doivent deviner si on les regarde eux ou d’autres cibles. Il rapporte qu’en une dizaine de milliers d’essais, les résultats sont systématiquement supérieurs à 60% quand le sujet est effectivement regardé mais n’atteignent que les 50% (hasard) lorsque le sujet n’est pas regardé. Ces résultats suggèrent une faible capacité à ressentir le regard de quelqu’un, mais aucune capacité à ressentir le fait de ne pas être observé. Il affirme aussi que ces expériences ont été largement répétées, dans des écoles du Connecticut et de Toronto et dans un musée des sciences à Amsterdam avec des résultats comparables
En 2003, Sheldrake publie une étude sur la télépathie humaine, dont une expérience où les sujets doivent deviner qui, parmi quatre personnes est sur le point de leur téléphoner ou de leur envoyer un courriel. Sheldrake rapporte que le sujet devine la personne correcte dans environ 40% des cas, contre un résultat attendu de 25%. Les travaux de Sheldrake font l’objet d’une séance plénière intitulée «les Anomalies de la Conscience» à la conférence Vers une science de conscience de 2008. Sheldrake y présente ses travaux sur la télépathie animale et humaine, suivis par trois critiques de ses travaux sur la sensation d’être regardé. Il répond aux questions posées par les autres intervenants lors des débats qui suivent.