陳寅恪長期致力於史學研究工作，研究範圍甚廣，他對魏晉南北朝史、隋唐史、宗教史（特別是佛教史）、西域各民族史、蒙古史、古代語言學、敦煌學、中國古典文學以及史學方法等方面都作出了重要的貢獻。陳寅恪治學主旨“在史中求識”。繼承了清代乾嘉學者治史中重證據、重事實的科學精神，又吸取西方的“歷史演進法”，即從事物的演化和聯系考察歷史，探究史料，運用這種中西結合的考證比較方法，對壹些資料窮本溯源，核訂確切。並在這個基礎上，註意對史實的綜合分析，從許多事物的聯系中考證出關鍵所在，用以解決壹系列問題，求得歷史面目的真相。他這種精密考證方法，其成就超過乾隆、嘉慶時期的學者，發展了中國的歷史考據學。
魏晉南北朝
陳寅恪以研究中古史的著述影響最大。他分析了東漢以後，中國社會上儒家大族與非儒家寒族在政治上形成兩個不同的集團，其勢力的升降為當時政治演變的基礎。陳寅恪是魏晉南北朝史研究的開拓者，涉及的領域相當廣泛，提出許多精辟見解。在對魏晉南北朝史研究的成果，不僅在許多方面都有開拓創建，而且有許多方法、結論至今仍發人深思，給人啟迪。他從等級性，宗法性、民族性、宗教性四大突出特點進行分析，使政治史和文化史的研究推向了深入。 其中，最值得關註的是關於民族與文化的歷史考察。在《隋唐制度淵源略論稿》《唐代政治史述論稿》中，他反復強調種族與文化問題是研究中古史最重要的關鍵。在民族融合與文化整合關系上，他提出“北朝胡漢之分，在文化而不在種族”的論點。這對研究中華民族融合史有著極其重要的意義。 陳寅恪對魏晉南北朝史研究最精湛的部分，也是他超越前人的方面在於：壹是史料的擴充，如詩文與史實的互證、考古與音韻資料的應用、域外記載的采擷；二是分析方法的改進，即史法的進步。該書雖非陳寅恪的原著，但仍較為真實地體現了陳寅恪在魏晉南北朝史方面的研究成果。
隋唐
隋唐兩朝***有三百多年的歷史，是我國中世紀的極盛時代，居當時世界各國的前列。但是史家對這壹時期歷史的許多重要問題研究得非常不夠，特別是對其文物制度淵源流變的研究，缺少符合歷史事實的論著。陳寅恪有鑒於此，於二十世紀四十年代初寫出了《隋唐制度淵源略論稿》，應用大量資料，系統地論述了從漢魏到隋唐文物制度的淵源和演變，對海內外學術界有重大影響。
另壹方面，陳寅恪從“古文運動”，“新樂府”、“行卷”三方面人手研究唐代文學。他把“古文運動”與民族意識，文化交互關系結合起來研究，提出了研究唐代文學新見解。在《論韓愈》壹文中，指出古文運動的中心是恢復古代儒家思想的地位，韓愈等是走在古文運動中最前的人。他認為“新樂府”是我國文學逐步趨向下層的壹個重要標誌，其價值與影響比陳子昂李白更為高遠，這種見解超越了前人。他是第壹個對“行卷”進行全面研究的人，重要成就是發掘了“行卷”思潮。
在《唐代政治史述論稿》中用宇文泰的“關中本位政策”所鳩合的集團興衰和分化，解釋唐代近三百年間統治階級的升降，論證充分，後來學者多所稱道。此外，他在書中，精細入微地考察了隋唐時期的主要制度，如禮儀、職官、刑律、音樂、兵制、財政諸制，發其源而究其變，提出關於“關隴集團”的概念，為後學提示了壹個宏觀地把握西魏、北周、隋代至初唐歷史發展基本線索的關鍵，具有重要的學術意義。
明清
陳寅恪所著80余萬言的《柳如是別傳》為明清文學研究提供了許多價值的成果。他詳細考證了柳如是，精辟地拴釋了錢、柳詩文。他頌揚柳如是，贊同錢廉益的觀點，使人耳日壹新。他為錢、柳詩文進行箋證，反映明清之際的政治、社會狀況，是以詩文論證壹代史事的典範。 該書不僅是陳寅恪檢驗自己畢生學術水平的壹次綜合實踐，同時也是陳寅恪壹生治史思想的結晶。
陳寅恪的著作，多屬考證性文字，但他的考據方法，已有別於傳統意義上的考據。他以考據為手段，在考證歷史事實的基礎上，還註意探求歷史發展的規律。陳寅恪在繼承乾嘉學者實事求是、精密嚴謹的考據之學時，也吸收了宋代學者追求義理的作風，註重探求歷史的規律。在西方歷史語言考證學派的影響下，他十分重視對語言工具的學習，並掌握了十幾門外語。他利用自己所掌握的語言工具，對中外文資料進行比較研究：在西方文化史學的影響下，他在歷史研究中引入文化史學觀點，從民族與文化兩個角度來進行研究，拓展了史學研究的範圍。在繼承傳統的前提下，陳寅恪對考據方法加以創新，形成了他獨具特色的新考據方法。其考據方法的特點即“詩史互證”與比較的方法。
“詩史互證”是陳寅恪在研究中用得最多，最具特色的壹種考據方法。雖然首先提出這種方法的並不是陳寅恪，但他把這種方法大量付諸實踐並取得了豐碩成果。他首先註意到唐詩的史料價值。因唐詩的作者來自社會各階層，唐詩中許多作品直接反映了現實生活，可以補正正史之不足及訛誤。除唐詩外，小說也可以用於證史。他還提出了利用小說證史應註意的壹些原則。《柳如是別傳》是陳寅恪“詩史互證”的力作，此書通過箋釋錢謙益、柳如是的詩文，系統論述了明末清初的壹系列重大歷史事件。陳寅恪“詩史互證”方法的運用，既是對史料範圍的擴展，也是對考據方法的創新。
比較的方法體現在他利用自己掌握的語言工具，進行中外文資料的比較研究，發現了許多前人未發現的問題，並闡明了自己的看法。他利用這種方法在蒙古史研究中獲得了許多成果；他還利用對音方法考證出史書中的壹些地名，以及書籍在輾轉翻譯過程中出現的壹些錯誤。與王國維壹樣，陳寅恪也註重地上實物與地下實物的比較研究，特別是利用敦煌出土資料釋證文獻記載，並有許多發現。
陳寅恪的新考據學方法，豐富和發展了中國傳統文獻研究方法，在弘揚中國傳統文化方面具有重大意義，但他有些考據過於繁復冗長，這又是他的不足。 陳寅恪與王國維、陳垣等形成了中國史學史上具有代表意義的“新考據學派”。研究的範圍，涉及中古史、宗教史、蒙古史、敦煌學等，並取得了不少開創性的成果。 蒙史
《蒙古源流》是明朝萬歷年間內蒙古薩囊徹辰所著，其中夾雜不少神話傳說，與元代蒙漢文史書多有不同，往往讓人們困惑不解。二十世紀三十年代初，陳寅恪發表了4篇論文，探明了《蒙古源流》壹書的本來面貌，使人們對原來困惑不解的難題，得以了解通釋，對後來的蒙史研究產生重大影響。 他在《蒙古源流》壹書中首先運用了西方漢學家的對音勘同的譯名還原法，突破了這壹領域中傳統的證補和重修正史的老路，使中國蒙古史的研究從二十世紀三十年代開始進入壹個新階段。
敦煌學
陳寅恪的學術研究，雖然沒有傾力於敦煌學，但是卻在敦煌學資料的搶救、整理、敦煌學的確立及發展等各方面都作出了突出的貢獻，使敦煌學終於成為二十壹世紀的“顯學”。陳寅格從事敦煌文獻研究並把它納入到世界學術領域中，得到各國學術界的認可。
1930年，陳寅恪在其所撰《陳垣敦煌劫余錄序》中最早提出“敦煌學”的概念，指出“敦煌學者，今日世界學術之新潮流也”。在該序中，就北京圖書館所藏八千余卷敦煌寫本提出九個方面的研究價值，即摩尼教經、唐代史事、佛教文義、小說文學史、佛教故事、唐代詩歌之佚文、古語言文字、佛經舊譯別本、學術之考證，為敦煌學研究指明了方向。撰有《大乘稻芊經隨聽疏跋》《懺海火罪金光明經冥報傳跋》《有相大人生天因緣曲跋》《須達起精舍因緣曲跋》《韋莊秦婦吟校箋》《西遊記玄奘弟子故事之演變》《蓮花色尼出家因緣跋》等多篇論文；還在《敦煌石室寫經題記匯編序》《元白詩簽證稿》等論著中，利用敦煌資料補史、證史、大多數敦煌學論文收入《金明館叢稿初編》《金明館叢稿二編》《隋唐制度淵源略論稿》《唐代政治史述論稿》及《元白詩箋證稿》三書也使用壹些敦煌資料。 著文為從事敦煌文獻研究者開闊了視野，為中國敦煌學研究的全面開展，奠定了基礎，開創了先河。
藏學
陳寅恪對藏學、突劂學研究，他從不輕下斷語，總以嚴謹的科學態度進行判別，不違駁事實，是壹位史識與史德統壹的典範。他嚴謹處理“贊美”與“求真”的關系，實事求是地評價歷史，至今仍然具有深遠的教育意義·
陳寅恪積極促進當時國內對於藏文書籍文獻的保護和收藏，中央研究院歷史語言研究所曾存有陳寅恪整理的《西藏文籍目錄》，除此之外，還曾在流亡雲南蒙自時期撰寫《蒙古源流註》，該書稿系依據其蒙、滿文諸本，並參稽其所出之西藏原書、《四庫提要》所謂“咖喇蔔經”等者，考訂其得失，與沈乙庵書大異。另又花費了大量心血比勘佛經的梵、藏、漢譯本之異同得失而撰寫《校記》。可惜資料及文稿均毀佚於戰火。
陳寅恪的朋友中，研究藏學者有多人，如李方桂於解放前赴美，壹直從事這方面的研究，發表有《馬重英考》等多篇論文。而受陳寅恪的影響，壹些有誌之士，如於道泉、張熙、王森等人以及壹些學生，如吳其昌、姚薇元、劉盼遂、劉銘恕兄弟、林亮等人進行了程度不壹的藏學研究。
突厥學
在突厥學方面，陳寅恪摒棄了把突厥史作為隋唐史附屬品的陳舊觀念，肯定了“突厥在當時實為東亞之霸主”的地位。他以“外族盛衰之連環性”解釋唐與突厥間力量的迅速消長變化以及霸權地位的急劇轉化，表現出卓越的史識。
陳寅恪對佛經翻譯、校勘、解釋，以及對音韻學、蒙古源流、李唐氏族淵源、府兵制源流、中印文化交流等課題的研究，均有重要發現。
宗教學
陳寅恪對宗教學的研究，是他學術生涯的重要組成部分。他早年因受到系統的方法論訓練，又有深厚的駕馭語言文字的功底，使他能夠在宗教學研究裏遊刃自如。他的學術研究在國際學界也為專家學者仰止。陳門家學有濃厚的佛學氣氛，陳寅恪之父陳三立曾就學於佛學大師楊仁山的祗洹精舍，潛心修佛。長兄陳衡恪自幼經受佛學薰習，且擅佛畫。蔣天樞先生在《陳寅恪先生編年事輯》中記敘：陳寅恪少時曾泛覽祖父所藏“浩如煙海”的古籍佛典。佛學研究是他的宗教學研究中最重要的內容。他利用豐富的語言學知識，開辟了南北兩傳比較研究的領域，註意研究中國佛教的源與流的關系，梳理佛教名相的產生和演變，指出了以往中國佛教翻譯的“誤譯”或“誤解”的問題。
佛教傳入中國後，往往因語文能力限制，不能與原本或其語言譯本對勘，陳寅恪最重外語研習。他研究佛教，能著重考證，並在考證中探討問題。二十世紀三四十年代，是世界佛學界對早期禪宗研究的高潮，他先後對《大乘起信論》和《六祖壇經》的“傳法偈”的問題發表了自己的看法。這些看法與當時國內壹些著名學者並不壹樣，自成壹家之言。他還對當時國內佛學界和中國哲學界發起的魏晉玄學的討論，提出了自己的意見，他所作的有關支湣度的“心無義”學說的考證，至今也是最詳盡的壹篇，可與湯用彤的《兩漢魏晉南北朝佛教史》的有關章節相互印證。他對武則天與佛教的關系的研究，也受到了中外學者的註意。此外，他對佛經翻譯和佛教文學也多有發微。
語言學
陳寅恪精通梵文和多種西域古代語言。更有盛傳其通曉包括英、法、德、俄、西班牙、日、蒙、阿拉伯、梵、巴利、突厥、波斯、匈牙利、滿、藏、希伯來、拉丁、希臘、回鶻、吐火羅、西夏、朝鮮、印地、暹羅等20余種語言。考察其遊學經歷，陳寅恪應當掌握日語、德語、英語。參考陳封懷回憶，陳寅恪應當掌握包括英語、德語、法語。考察其遊學所學課程，陳寅恪應當涉獵梵語，希臘語，巴利語。考察其所記錄筆記，陳寅恪應當涉獵藏文、蒙文、突厥回鶻文、吐貨羅文（土火羅文）、西夏文、滿文、朝鮮文、佉盧文、梵文、巴利文、印地文、俄文、伊朗文（應當是古波斯文）、希伯來文。
眾所周知，學習壹門語言，有聽說讀寫不同方面，而陳寅恪運用在學術研究中的，多聚焦於“讀”這壹個層面，通過閱讀各種文字的文獻來立論舉證，而於其余的聽、說、寫方面，則沒有明確證據。雖然陳寅恪所學習過的許多文字都是不必學會聽、說、寫的“死語言”，但就傳說中的英、法、日、德、俄、古希臘語和拉丁語而言，除了英語、德語和日語外，對別的語言能否做到“精通”，也缺乏明證。而陳寅恪對歷史語言學和“死文字”的運用，並非專註於通曉語言本身，更非是將學習外族文字作為奇巧淫技式的學問展示，他更多的還是借用語言為輔助工具，其學問的核心關照，還是海內文明、中土史地。 陳寅恪自1926年留學回國後，就任清華大學研究院教授，是當時清華“四大導師”之壹。之後，成為清華大學唯壹的中文系“合聘教授”，在師生中享有“蓋世奇才”、“教授的教授”、“太老師”等稱譽。在清華校園裏，不論是學生還是教授，凡是文史方面有疑難問題，都向他請教，而且能壹定得到他滿意的答復。大家稱他為“活字典”、“活辭書”。他講課時，研究院主任吳宓教授是風雨無阻，堂堂必到的聽課者；其他如朱自清等水準很高的教授，也常到教室聽他講學。哲學專家馮友蘭，當時任清華大學秘書長、文學院長，可每當陳寅恪上《中國哲學史》課時，馮先生總是恭敬地陪著陳寅恪從教員休息室走出來，靜靜地坐在教室裏聽他講課。他講授的課程主要有《佛經翻譯文學》《梵文文法》《兩晉南北朝史》《唐史》《唐代樂府》《唐詩證史》等。
陳寅恪對學生的愛護無微不至，對學生生活乃到畢業後就業問題，也非常關心。他認為問答式的筆試，不是觀察學問的最好方法。做論文，要求新資料、新見解。他從不要求學生用死記方法，而是鼓勵思考，他更反對“填鴨式”的教育方式。“桃李滿天下”，對陳寅恪來說，當之無愧。他為國家培養了許許多多的優秀人才，其中不乏如季羨林、蔣天樞等大師。