Campbell a rejoint le MIT en tant qu’associé de recherche, puis a travaillé pendant 10 ans au département de biochimie et de nutrition de Virginia Tech, avant de revenir à Cornell en 1975 pour rejoindre sa division des sciences de la nutrition. Il a travaillé comme conseiller scientifique principal à l’American Institute for Cancer Research et siège au conseil consultatif du Physicians Committee for Responsible Medicine. Il est notamment connu pour ses recherches, dérivées en partie de l’étude chinoise, qui semblent établir un lien entre la consommation de protéines animales et le développement du cancer et des maladies cardiaques. Il soutient que la caséine, une protéine présente dans le lait des mammifères, est « le cancérigène le plus important que nous consommons ».
Campbell suit un régime « végétalien à 99 % » depuis environ 1990. Il ne s’identifie pas comme un végétarien ou un végétalien parce que, a-t-il dit, « ils déduisent souvent quelque chose d’autre que ce que j’épouse ». Il a déclaré au New York Times : « L’idée est que nous devrions consommer des aliments complets. Nous ne devrions pas nous fier à l’idée que les gènes sont des facteurs déterminants pour notre santé. Nous ne devrions pas nous fier à l’idée que la supplémentation en nutriments est le meilleur moyen de se nourrir, car ce n’est pas le cas. Je parle d’aliments entiers, à base de plantes. »
Il est membre depuis 1978 de plusieurs groupes d’experts de l’Académie nationale des sciences des États-Unis sur la sécurité alimentaire, et est professeur honoraire à l’Académie chinoise de médecine préventive. On peut le voir dans les documentaires Forks Over Knives, Planeat, Vegucated et PlantPure Nation, un film produit par le fils de Campbell, Nelson Campbell. Campbell fait également partie du conseil consultatif du magazine Naked Food, pour lequel il contribue aussi régulièrement à des articles épousant un régime à base de plantes.
En 2010, après une opération cardiaque, l’ancien président américain Bill Clinton a adopté en grande partie le régime à base de plantes recommandé par Dean Ornish, Caldwell Esselstyn, et Campbell.