Jego zainteresowania naukowe obejmowały folklor literacki, etnografię muzyczną, język polski, religioznawstwo, językoznawstwo porównawcze, lituanistykę, krajoznawstwo, notacje muzyczne. Wspólnie z Adamem Antonim Kryńskim i Władysławem Niedźwiedzkim opracował najobszerniejszy (do połowy XX wieku) Słownik języka polskiego (1900–1927, 8 tomów), obejmujący ok. 280 tysięcy haseł. Prowadził badania porównawcze nad podaniami polskimi, wykazał czeskie pochodzenie legendy o Piaście. Badał pochodzenie imion oraz proces ich przekształcania się w nazwiska i nazwy miejscowości, wyjaśnił etymologię słowa „Polska”. Opisał wiele nieznanych ludowych instrumentów muzycznych oraz przedstawił opis budowy dawnej polskiej chaty chłopskiej. Zaproponował oryginalny sposób znakowania nut (Project of a New Way of Writing Musical Notes, 1876).
Współpracował z miesięcznikiem geograficzno-etnograficznym „Wisła” (1897–1899), wspólnie z A. A. Kryńskim założył „Prace Filologiczne” (1884). Utrzymywał bliskie kontakty naukowe m.in. z Hieronimem Łopacińskim, Zygmuntem Glogerem, Oskarem Kolbergiem, także z Elizą Orzeszkową. Jedną z jego studentek była Natalia Gąsiorowska.