Campbell se incorporó al MIT como investigador asociado, después trabajó durante 10 años en el Departamento de Bioquímica y Nutrición de Virginia Tech, antes de volver a Cornell en 1975 para incorporarse a su División de Ciencias de la Nutrición. Ha trabajado como asesor científico principal del Instituto Americano para la Investigación del Cáncer y forma parte del consejo asesor del Comité de Médicos por una Medicina Responsable. Es conocido sobre todo por la investigación, derivada en parte del estudio de China, que parece relacionar el consumo de proteínas animales con el desarrollo de cáncer y enfermedades cardíacas. Sostiene que la caseína, una proteína que se encuentra en la leche de los mamíferos, es «el carcinógeno más importante que consumimos».
Campbell ha seguido una dieta «99% vegana» desde aproximadamente 1990. No se identifica a sí mismo como vegetariano o vegano porque, dijo, «a menudo se infiere algo distinto de lo que yo defiendo». Dijo al New York Times: «La idea es que deberíamos consumir alimentos integrales. No deberíamos confiar en la idea de que los genes son determinantes para nuestra salud. No deberíamos confiar en la idea de que la suplementación de nutrientes es la forma de obtener la nutrición, porque no es así. Hablo de alimentos integrales, basados en plantas».
Desde 1978 es miembro de varios grupos de expertos de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos sobre seguridad alimentaria, y es profesor honorario de la Academia China de Medicina Preventiva. Aparece en los documentales Forks Over Knives, Planeat, Vegucated y PlantPure Nation, una película producida por el hijo de Campbell, Nelson Campbell. Campbell también forma parte del consejo asesor de la revista Naked Food, para la que también es colaborador habitual de artículos que defienden una dieta basada en plantas.
En 2010, tras una operación cardíaca, el ex presidente de Estados Unidos Bill Clinton adoptó en su mayoría la dieta basada en plantas recomendada por Dean Ornish, Caldwell Esselstyn y Campbell.