Геттон вместе со своим другом и коллегой-химиком Джоном Дейви разработал метод получения нашатыря (хлорида аммония) из сажи. Этот химикат, который применялся во многих важных отраслях, в том числе в красильном и печатном деле (а также в качестве «нюхательной соли»), прежде был доступен только как встречающийся в природе минерал и стоил достаточно дорого, так как его везли с Ближнего Востока. Дейви усовершенствовал этот метод для применения в промышленном производстве, и они оба неплохо на нем заработали. В 1764 г. Геттон отправился в геологическую экспедицию по северу Шотландии вместе с Джорджем Максвеллом-Клерком, одним из прадедов Джеймса Клерка Максвелла, величайшего физика XIX столетия. В 1768 г., когда на его банковский счет стали поступать стабильные доходы от производства хлорида аммония, Геттон сдал ферму в аренду и переехал в Эдинбург, чтобы посвятить себя науке. Не прекращая интересоваться сельским хозяйством, к 42 годам Геттон оказался, по сути, полноценным ученым и ведущим деятелем шотландского Просвещения, подружившись с такими светилами науки, как Дэвид Юм, Адам Смит и Джозеф Блэк, и став (в 1793 г.) одним из основателей Эдинбургского королевского общества. Одним из его друзей был чуть менее видный математик Джон Плейфер (1748–1819), благодаря которому работы Геттона получили заслуженное признание.
Идеи Геттона о Земле были основаны на его личных наблюдениях за геологическими особенностями местности во время путешествий по Шотландии и другим местам (а также, разумеется, на информации из множества прочитанных им книг). Его самый волнующий вывод заключался в том, что не существует абсолютно никаких доказательств, что история Земли конечна, не говоря уже о том, что она ограничивается несколькими тысячами лет, как утверждали богословы. В 1788 г. он заявил, что «нет никаких следов начала и никакой перспективы конца» истории Земли. Другими словами, Земля всегда существовала примерно в том же состоянии, в котором она существует сегодня, и продолжит существовать в этом состоянии. Это утверждение было крайней формой учения, которое впоследствии получило название «униформизм», — идеи, что все особенности рельефа планеты в их нынешнем виде возникли в результате тех же естественных процессов, которые протекают в настоящем и продолжат без изменений протекать на протяжении неопределенного времени, а вовсе не в результате некой крупномасштабной катастрофы, которая потрясла Землю и породила все эти особенности разом.
По общепринятым меркам Геттон работал над своими идеями слишком долго, но он не спешил их обнародовать, потому что, как пишет Джон Плейфер, «он был одним из тех, кто наслаждается созерцанием истины гораздо больше, чем похвалой за ее открытие»{15}. Его «Теория Земли» была представлена Эдинбургскому королевскому обществу в двух частях в марте и апреле 1785 г. (незадолго до 59-летия автора) и издана в виде книги с изменениями и дополнениями в 1795 г. В книгу вошли материалы из других его научных статей и брошюр, и хорошим примером его образа мышления является фрагмент из диссертации «О системе Земли, ее возрасте и постоянстве» (Concerning the System of the Earth, its Duration and Stability), зачитанной им во время выступления перед Эдинбургским королевским обществом 4 июля 1785 г.: