Основные результаты научных исследований связаны с установлением молекулярных механизмов онтогенеза физиологических функций и поведения. Он предложил гипотезу возникновения и эволюции гормонов, нейротрансмиттеров, тканевых факторов и их рецепторов - «Гуморальный код». Им обнаружен гормональный механизм, предопределяющий в период эмбрионального развития реакцию взрослого организма на эмоциональный стресс. Доказано влияние в раннем онтогенезе стероидных гормонов надпочечников, катехоламинов и их рецепторов на экспрессию генов, участвующих в формировании головного мозга. Дыгало Н.Н. установил, что изменение экспрессии рецепторов, нейротрансмиттеров и гормонов ген-направленными и другими экспериментальными воздействиями, а также стрессорными факторами естественной природы в критические периоды развития модифицирует ход онтогенеза и ведет в последующие периоды жизни к нарушению физиологических функций организма, изменению его поведения и психоэмоциональной устойчивости к действию стресса.
Дыгало Н.Н. ведет преподавательскую работу. Он профессор кафедры физиологии Новосибирского государственного университета, член диссертационного совета при Институте биохимии СО РАМН. Под его руководством защищены 1 докторская и 7 кандидатских диссертаций.
Дыгало Н.Н. курировал выполнение раздела Всероссийской научной программы по исследованию последствий испытаний ядерного оружия на Семипалатинском полигоне. Он является членом редколлегий журналов «Успехи физиологических наук» РАН и «Stress - the International Journal on the Biology of Stress».