为了寻找解决人类的疾病问题的方法，盖茨从基金会中拿出了2亿美元，通过借助美国国家卫生研究所的科研能力，来共同寻求解决的办法。为了召集全球最出色的科学家来共同研究人类如何战胜疾病，盖茨基金会与美国卫生研究所将共同启动名为“全球健康挑战”的运动。他们研究的主要方向是，确定哪些疾病是全球面临的最严重的疾病，然后科学家们再进入实质性的研究和开发阶段，寻找攻克的最佳方法。
盖茨夫妇捐款的金额与世界卫生组织的年度开销基本不相上下。其中，大部分的资金都用于预防和治疗人类的疾病，以及援助世界贫穷地区，提升当地的教育水平。曾批评过比尔·盖茨是一毛不拔的铁公鸡的《经济学人》杂志，也因此改变了态度，赞扬比尔·盖茨是慈善事业的新典范。而且比尔·盖茨和梅琳达还被美国的《商业周刊》评选为最受欢迎的慈善家。在慈善事业方面，盖茨通常更注重有关疫苗研究和解决未来问题的科学方案，而梅琳达则更为关注如何帮助病人立即减轻病痛。
比尔·盖茨的基金会对中国也非常关注。2004年，比尔·盖茨与梅琳达基金会被中国批准为合格的境外机构投资者，向中国投资了1亿美元。2004年，基金会还派出专家来到深圳，考察了深圳有关艾滋病的防治能力，并与深圳有关方面进行了探讨。比尔·盖茨认为中国是个有趣的国家，因为中国一方面在接受其他国家的援助，另一方面还援助其他更为贫困的国家。