С 1945 научный сотрудник Ленинградской части Института этнографии АН СССР
С 1972 заведующий сектором Австралии, Океании и Индонезии. Один из создателей экспозиции «Коренное население Австралии и Океании» музея Антропологии и Этнографии. Участвовал в подготовке собраний сочинений Н.Н.Миклухо-Маклая (1948-53 и 1990-99), тома «Народы Австралии и Океании» (1956) из серии «Народы мира».
Ведущий специалист по австралийско-океанийской и общей этнографии, занимался дешифровкой письменности о.Пасхи.
На примере молодых государств Океании разрабатывал проблему соотношения этноса и нации. В трудах по истории первобытного общества изучал проблемы лингвистической непрерывности, происхождения экзогамии, типологии общин и форм брака.
Н.А.Бутинов доказывал приоритет общинных структур по отношению к роду, исконное сосуществование материнского и отцовского рода, что положило начало широкой дискуссии, в ходе которой оппоненты Н.А.Бутинова обвиняли его в «измене марксизму». Основатель ежегодных Маклаевских чтений (1980). Премия имени Н.Н.Миклухо-Маклая АН СССР (1987).