陳垣在元史、歷史文獻學、宗教史等領域皆有精深研究，給我們留下了十幾種專著、百余篇論文的豐富遺產。特別是他的宗教史研究範圍十分廣泛，對已消亡的外來宗教，如火祆教、摩尼教、壹賜樂業教做過專門研究；也就佛教、基督教、伊斯蘭教等世界三大宗教在中國的興起和流傳寫過不少論著；對中國本土的道教，也撰有專書。他的宗教史研究，同時也是中外文化交通史研究的重要內容。
宗教史研究
人們都稱陳垣先生是宗教史專家，這是事實，他幾乎是沒有壹門宗教不研究。除了《古教四考》（《元也裏可溫教考》、《開封壹賜樂業教考》、《火祆教入中國考》、《摩尼教入中國考》）外，他還有《回回教入中國考》、《明季滇黔佛教考》、《清初僧諍記》、《南宋初河北新道教考》、《中國佛教史籍概論》、《釋氏疑年錄》等著作。
“古教四考”使陳垣登上史壇，走向世界，也為民國學術史增添了具有世界意義的光彩壹筆。
《元也裏可溫教考》，1917年5月寫成，曾經多次修改、印行。也裏可溫是元代基督教總稱。過去以為此教資料多在海外，而本國典籍無征。該文則專以漢文史料進行研究，除《元史》外，還利用了地方誌、金石錄、書畫譜等60多種材料，論證了隱晦七八百年，無人能道的也裏可溫教。
《開封壹賜樂業教考》，1919年11月寫成。開封壹賜樂業教即猶太教。該教在明清時所立的三篇碑文，對其何時傳至中國，說法不同。陳垣用種種方法證明開封猶太教非宋以前所至，漢文典籍對猶太教的記載始見於《元史》，元以前無征。文中還詳細考證了該教與回教之異同、教中人物之大略、寺宇的沿革、經文的內容和源流。
《火祆教入中國考》，1922年4月撰。火祆教又名拜火教，唐初傳入中國，頗見優禮。唐時外來宗教，除火祆教外，還有大秦、摩尼、回回三種。回教在唐代未盛，記載尚少；其余三教，因都來自波斯，唐宋學者分辨不清，記載每有錯誤。清代學者如錢大昕等也常把它們混為壹談。此文除敘火祆教的起源、興衰外，還將典籍上三教混同記載的錯誤壹壹指出，予以辯證。
《摩尼教入中國考》，1923年寫成。摩尼教是波斯人摩尼創立的，它由拜火、基督、佛教糅雜而成。陳垣取敦煌摩尼教經卷和其它材料，考明摩尼教始於唐武周長壽二載（694年）傳入中國及其歷唐、宋、元、明數朝在中國流行的情況。
“古教四考”陸續出版後，好評鵲起。加上稍後問世的《元西域人華化考》、《基督教入華史略》等論著，這些以宗教史研究來拓展中西文化交流史研究的學術成果，是陳垣對民國學術的重大貢獻，也是使當時的中國學術界推陳出新，與國際漢學界接軌的不可多得的尖端成果。
校勘學研究
陳垣在研究歷史文獻的時候，非常註重於研究目錄校勘和工具書的使用。
目錄學是搞學問的門徑，是掌握書目、書的內容、版本以及相關書目的壹門學問。壹個人要搞學問，必須掌握目錄學。
陳先生在年輕的時候，就熟讀了《四庫全書提要》與張之洞的《書目答問》。《四庫提要》對清朝搞學問的人來說，確是做了不少的工作，它對每本書都作了介紹，對初學者幫助很大，今天也還要好好利用。張之洞《書目答問》寫於光緒元年（1875年），陳先生把這兩本書讀得很熟、很精，而且也要學生好好去讀。
陳先生辛亥革命後到了北京，曾花很長時間研究《四庫全書》。他寫過兩本書。壹是《四庫書名錄》，壹是《四庫撰人錄》。他研究《四庫》與別人不同，別人只是要看什麽書到《四庫》中去找，他卻是研究《四庫全書》收編的書是如何寫成的，它有哪些版本。
學習和研究中國歷史，由於資料特別豐富，頭緒也特別多，單靠腦子記不行，必須依靠工具書，學會利用工具書。陳先生對這方面很重視，作出不少成績。
陳先生發表的重要工具書是《中西回史日歷》和《二十史朔閏表》。陳先生這兩本工具書解決了中國史上壹個極為復雜的問題，是我們學習和研究歷史所不可缺少的。
陳先生編寫這本書，花費很多精力，他後來有二十多年不能正常吃飯，就是因為當時壹天到晚坐在那裏廢寢忘食地算歷法搞成了胃病。
陳先生還著有《史諱舉例》。
避諱，是中國歷史上的特點，每壹朝有每壹朝的避諱。陳先生精心研究，總結出幾種方法，弄清了在什麽情況下是如何避諱的。在該書第八卷中列出了我國歷代的避諱表，每壹朝避什麽，如何避。這是每壹個中國史學工作者必須具備的知識。因為中國古書上避諱太多了，不懂它，就不懂校勘學，對歷史上的壹些問題也就弄不清。
此外，他為了研究元史，還編出元朝六十家文集的目錄。這書稿沒有印，北京圖書館藏有抄本。他在研究《冊府元龜》時，壹開始就先作有關《冊府元龜》的工具書，然後再動手研究。
文獻學研究
文獻學在陳垣的學術生涯中，占有重要的地位。從某種意義上說，他為現代歷史文獻學的建立奠定了基礎。他在版本、目錄、校勘等領域的著作，成為我們研究中國古代文史的重要參考書目。
清朝校勘學家很多，《書目答間》後面就列有校勘學家類目。但清代的校勘學家只是壹般地校壹校，對壹對，只有像王念孫、段玉裁這些人才算得上是比較高明的校勘學家。
校勘學到陳垣先生時有了進壹步的發展，他把校勘學總結出壹些經驗和規律，寫了壹部《元典章校補釋例》，1959年中華書局重印，改名為《校勘學釋例》。《元典章》是壹部研究元代歷史十分重要的著作，它原是用蒙古白話寫的，很難懂，《四庫全書》沒有收人。但它是研究元史不可缺少的壹本書，由於它錯誤很多，而且錯得離奇，陳先生就以故宮中發現的元刻《元典章》，再根據其他書籍，來校對流行的沈刻《元典章》，發現錯誤壹萬二千多條。他將其中的壹千多條加以歸納、整理，找出錯誤原因，著成《元典章校補釋例》壹書。他使學校勘的人知道在校勘中可能遇見哪些情況，如何分辨是非。他不是簡單羅列若幹條，而是附有說明，最後總結出四種方法，加以綜合運用。
第壹種是對校法。陳先生說，對校法壹即以同書之祖本或別本對讀，遇不同之處，則註於其旁。劉向《別錄》所謂‘壹人持本，壹人讀書，若怨家相對者’，即此法也。此法最簡便，最穩當，純屬機械法。其主旨在校異同，不校是非。故其短處在不負責任，雖祖本或別本有訛，亦照式錄之；而其長處則在不參己見，得此校本，可知祖本或別本之本來面目。放凡校壹書，必須先用對校祛，然後再用其他校法。第二種是本校法。“本校法者，以本書前後互證，而抉搞其異同，則知其中之謬誤，……此法於未得祖本或別本以前，最宜用之。”吳縝《新唐書糾謬》、清代梁玉繩《史記誌疑》都是用這種方法。惟此法只能發現矛盾，提出問題，而不能解決問題。第三種是他校法。“他校法者，以他書校本書。凡其書有采自前人者，可以前人之書校之；有為後人所引用者，可以後人之書校之；其史料有為同時之書所並載者，可以同時之書校之。此等校法，範圍較廣，用力較勞，而有時非此不能證明其訛誤。”第四種是理校選。“段玉裁曰：‘校書之難，非照本改字不訛不漏之難，定其是非之難。’所謂理校法也。遇無古本可據，或數本互異，而無所適從之時，則須用此法。此祛須通識為之，否則鹵莽滅裂，以不誤為誤，而糾紛愈甚矣。故最高妙者此法，最危險者亦此法。”清代王念孫、段玉裁等人校勘水平較高，用理校得出的結論往往與後來發見的原本相同。
陳先生總結前人與自己工作的經驗，提出這四種方祛，綜合運用，基本上解決了校勘學上的問題。在這方面，他還寫有《四庫提要中的周亮工》、《舊五代史輯本發覆》等書。
元史研究
清朝學者研究元史的人很多，多少是看到清朝很像元朝。康熙年間，邵遠平著《元史類編》，要把元史重新改編。乾隆間，錢大昕編撰《元史氏族表》與《元史藝文誌》，對元史很有研究。鴉片戰爭前後，魏源編了《元史新編》，以後，搞元史的人很多，直到清末，柯劭忞編著《新元史》，集清壹代元史研究之大成。清朝壹代研究元史，是先後繼續的，到後來更發展到對西北史地的研究。
陳垣先生研究元史與前人不同，他著重搜集有關元朝民族的歷史與元朝宗教的歷史的資料，進行研究，參考了二百多種書，寫成《元西域人華化考》壹書。
元朝把人分為四等：蒙古人、色目人、漢人、南人。陳先生所指的西域人主要是色目人。他研究這些人在元朝進入中國後，如何被漢族同化了的。
陳先生撰《元西域人華化考》用力很大，他采用新的方法，集中問題，深入研究，作為舊史學家進行考證工作，不能不說是壹大進步。
陳先生也肯定了《元史》，認為它保存了原來的材料，沒有擅自改動，所以把它作為史料來看還是有用的。當然，研究元史，不能僅靠它，還要利用元朝六十家的文集。我們研究歷史，不能只用史部的書，經部、子部、集部的著作都應加以利用。
陳先生著作目錄年表第壹部著作是《元也裏可溫教考》，雖然這是研究宗教的，但實際上也是壹部元史著作。
日本研究元史的學者，對陳先生很欽佩，他們承認《元西域人華化考》、《元也裏可溫教考》這兩本書日本人是搞不出的。 《勵耘書屋叢刻》（北京師範大學出版社影印本，1982年）第壹集
《元西域人華化考》八卷
《元典章校補》八卷
《元典章校補釋例》六卷第二集
《史諱舉例》八卷
《舊五代史輯本發覆》三卷
《吳漁山先生年譜》二卷
《釋氏疑年錄》十二卷
《清初僧諍記》三卷
《陳垣史學論著選》（上海人民出版社1981年，收元也裏可溫教考、開封壹賜樂業教考、火祆教入中國考、摩尼教入中國考、雍乾間奉天主教之宗室、吳漁山生平、湯若望與木陳忞等論著***79篇，包括壹些專著的摘錄。）
《陳垣史源學雜文》，（人民出版社，1980年）
《陳垣集》（中國社會科學出版社“近現代著名學者佛學文集”1995年）
《陳垣來往書信集》（陳智超編註上海古籍出版社1990年）
單行本
《校勘學釋例》（即收入《叢刻》中的《元典章校補釋例》，中華書局1959年）
《釋氏疑年錄》（中華書局1964年）
《元西域人華化考》（上海古籍出版社“蓬萊閣叢書”2000年）
《中國佛教史籍概論》（科學出版社1955年，中華書局1962年，1982年，上海書店出版社2001年）
《史諱舉例》（科學出版社1958年，中華書局1962年）
《明季滇黔佛教考》（科學出版社1959年，中華書局1962年，河北教育出版社“二十世紀史學名著叢書”2000年）
《通鑒胡註表微》（科學出版社1958年，中華書局1962年，遼寧教育出版社“新世紀萬有文庫”1997年）
《二十史朔閏表》（中華書局1962年，1999年）