Stanisław Dobrzycki w pracy naukowej zajmował się historią literatury polskiego średniowiecza i Odrodzenia, literaturą ludową oraz metodologią badań literackich. Uważał, że na zjawiska literackie duży wpływ mają czynniki socjologiczne oraz warunki topograficzne. Zainicjował szerokie badania nad twórczością Kochanowskiego, Analizował również twórczość innych autorów, zwłaszcza Mickiewicza; przygotował wydanie Żywotu Adama Mickiewicza autorstwa syna poety Władysława. Zajmował się badaniem kolęd staropolskich i ich związkami z kolędami czeskimi. W czasie pracy w Szwajcarii współpracował z wydawaną tamże Encyklopedią Polską