Zajmował się głównie semantyką logiczną, składnią logiczną, epistemologią, teorią i metodologią nauk. Był jednym z bardziej wpływowych przedstawicieli filozofii analitycznej. Poglądy jego cechował programowy antyirracjonalizm i empiryzm. W zakresie badań nad językiem w latach 30. stworzył koncepcję wzajemnie nieprzekładalnych aparatur pojęciowych, prowadzącą do filozoficznej tezy konwencjonalizmu radykalnego. W dociekaniach filozoficznych stosował tzw. metodę parafraz. Analizował pojęcie znaczenia wyrażeń językowych, definicji i teorii rozumowania. Rezultaty jego badań nad składnią języka i gramatyką kategorialną znalazły zastosowanie w maszynach tłumaczących. Sformułował tzw. dyrektywalną koncepcję znaczenia oraz program pragmatycznych badań metod stosowanych w nauce.
Główne prace: Główne zasady metodologii nauk i logiki formalnej (1928), Logiczne podstawy nauczania (1938), Zagadnienia i kierunki filozofii (1949), Język i poznanie. Wybór pism... (t. 1 1960, t. 2 1965), Logika pragmatyczna (1965).