胡小石先生治学严谨，他继承了清代乾嘉学者的研究方法，重视调查，讲求实证。在他早年学习生物时，即服膺乾嘉安徽学者程瑶田治学之精。程经过实地调查考察，辩证九谷之名实，作《九谷考》，这对他的启发很大。以后他所提出楚辞中一些名物训诂的新解，都是经过调查求证得出的。抗战时期，他在四川详细调查了江津县的方言，结合古今语音的变化，作《江津县方言志》。

在古文字音韵的研究上，他跳出等韵学的范围，注意到戴东原、钱大昕重视声转的研究方法，特别是戴东原在《转语二十章序》中提出：“疑於义者，以声求之；疑於声者，以义正之”的辩证方法，促使他撰写《声统表》，探求语音遞转和对转的规律。他研究《说文解字》一书，不同于一般学者简单地将它看成一本字书，而是强调文字、声音的统一。解放后，他曾为研究生开设《说文部首》一课，强调说文是一部声书，在讲课时，始终贯穿“以声求义”这一原则。

他研究古文字，敢于突破历来学者尊六书为圭臬的藩篱。他赞同清末吴大澂所提出的论点，认为《说文》中所引古文是战国时期的文字，并作《说文古文考》以助吴说，考出《说文》古文每与晚周齐器铭刻相近。他并按年代和地域论述了自殷至战国文字的三变，由方笔——园笔——纤笔的发展规律，并得出了铜器花纹和铭刻相应变化的规律。其论说见《齐楚古金表》、《古文变迁论》等著作中。当时一些学者，坚持六书体系，指甲骨刻辞为伪作，胡小石先生不顾反对，研讨至勤。他在甲骨文字的诠释上有所发现，而在甲骨文语法的研究上，有先导之功。早在一九二八年，他发表了《甲骨文例》一文，以客观的态度，从许多例句的分析排比和词汇在句中的地位，来说明词汇的性质。这一科学的研究方法，有力地批判了当时以武断想象来解释甲骨文的错误观点。

胡小石先生的书学理论，是吸收了李瑞清以治经方法论书的体系。他从甲骨钟鼎简牍碑帖中综合探讨，论述幹源支派、风格造诣，并详细剖析。解放后，他力图用历史唯物主义的观点来阐述书艺发展规律。他提出创造书艺的是劳动人民，在此基础上发展提高，才出现了专家。他认为书体的产生，不能归功于某一个人，而是时代发展，孕成风气所致。他对临书的三步骤：用笔、结体、布白，均有研究。从他的代表作《书艺略论》中，可以看出已融合南北书流，注意碑帖并重。他吸收沈曾植的书学特长，全面地论述了我国的书艺特色。

胡小石先生很早就开设《中国文学史》一课，他以焦里堂提出“一代又一代之胜”的观点，阐述我国历代文学的发展和流变，颇多创见，并由《中国文学史》一书问世。他曾开设历代作家作品专题课多种，特别以楚辞、杜诗见长。