ברוב שנותיו, עבד גרדון באוניברסיטת קיימברידג', תחילה במועצת המחקר הרפואי בשנים 1971–1983 ומאוחר יותר במחלקה לזואולוגיה, החל מ-1983. ב-1972 היה גרדון ראש קולג' מגדלנה בקיימברידג', וכן לימד ביולוגיה של התא. ב-1989 הקים מכון מחקר לביולוגיה תאית ולחקר הסרטן באוניברסיטת קיימברידג' אשר נקרא על שמו, קולג' גרדון, והיה היושב ראש שלהם עד 2001.
ב-1958, כאשר היה באוניברסיטת אוקספורד, הצליח לראשונה לשבט צפרדע, תוך שימוש בגרעיןתא סומטי שנלקח מראשן של צפרדע רפואית מהמין Xenopus laevis.[1] מחקר שהמשיך את עבודתם של רוברט בריגס ותומאס קינג מ-1952, בו הצליחו השניים להעביר גרעין מתאי בלסטולה עובריים של צפרדע האחו (Lithobates pipiens).[2] מחקרים אלה הובילו להתפתחויות טכנולוגיות ושל שיטות המשמשות את המדע עד עצם היום הזה. לפני עבודותיו של ג'ון גרדון, המונח "שיבוט" התייחס לצמחים,[3] אולם לאחר פרסום מחקריו, נכנס המונח לשימוש בהקשר של בעלי חיים.
ב-1962 גילה שהתמיינות תאים הפיכה, בניסוי בו החליף את הגרעין של ביצית מופרית של צפרדע בגרעין תא מעי של צפרדע בוגרת.[4] התא התפתח בהמשך לראשן נורמלי, ובכך הוכיח שב-DNA של תא בוגר וממויין קיים המידע הגנטי להתפתחות של כל תא אחר והפריך את הדוגמה שמיון של תא הוא בלתי-הפיך. גרדון הוציא DNA מתא בוגר, והזריק את הגרעין לתוך ביצית ממנה הוצא הגרעין.
מחקרים נוספים שעשה עסקו בלמידת התכונות של mRNA, ותעתוקו בתאים.[5] את מחקר זה עשה באמצעות אותה שיטה שפיתח, שיבוט בהעברת גרעין תא סומטי, באמצעותה ניתן לשלוט ב-RNA שמתועתק ומתורגם.
מחקריו בימים אלה עוסקים באותות בין-תאיים, כולל אותות המורים על התמיינות תאים, ומטרתם להבין את המנגנון העומד מאחורי תכנות מחדש של תאים, כולל דה-מתילציה של ה-DNA.