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정상우주론(正常宇宙論)의 주창자이며 옹호자로 잘 알려져 있다. 이 이론에 따르면 우주는 팽창하고 있으며 우주공간에 있는 물질의 평균밀도가 일정하게 유지되기 위해 새로운 물질이 계속해서 만들어진다.

호일은 케임브리지의 이매뉴얼 칼리지에서 공부했다. 제2차 세계대전 당시 영국 해군부에서 6년간 지냈으며, 1945년 케임브리지로 돌아가 수학강사로 일했다. 3년 뒤에 천문학자인 토머스 골드와 수학자인 헤르만 본디와 공동으로 정상우주론을 발표했다. 우주의 팽창과 물질의 창조가 서로 관련이 있다는 정상우주론에 대한 수학적 기본원리를 아인슈타인의 상대성이론의 체계 안에서 공식으로 나타냈다. 1950년대 후반과 1960년대초 정상우주론에 대한 논쟁이 가열되었다. 멀리 떨어져 있는 은하와 여러 다른 현상들에 대한 새로운 관측결과가 대폭발이론을 뒷받침함에 따라 대부분의 우주론자들은 정상우주설을 지지하지 않게 되었다. 이리하여 호일 스스로 자신의 결론을 약간 수정하지 않을 수 없었지만, 그는 자신의 이론이 새로운 관측증거와 일치하도록 끝까지 노력했다. 그는 윌슨-팔로마 산 천문대(지금의 헤일 천문대)의 연구원이 된 직후인 1957년 왕립학회의 회원으로 뽑혔다. 또한 그는 미국의 윌리엄 포울러 및 다른 과학자들과 공동으로 별의 기원과 별의 내부에 있는 원소들의 기원에 대한 이론을 만들었다. 1966년 자신이 설립에 도움을 주었던 케임브리지의 이론천문학연구소의 책임자가 되었다. 1972년 기사작위를 받았다.

그는 과학 관련 저서로 인기를 얻었는데 작품들로는 〈우주의 본질 The Nature of the Universe〉(1951)·〈천문학의 개척자들 Frontiers of Astronomy〉(1955)·〈천문학과 우주론 Astronomy and Cosmology〉(1975)·〈우주의 10가지 얼굴 Ten Faces of the Universe〉(1977)·〈얼음 Ice〉(1981) 등이 있다. 또한 그는 과학소설·희곡·단편소설 작가로도 유명하다.