劉夢溪早年研究文學，包括中國古典文學和現當代文學，同時研究文學理論和文學思想史；後轉入文化史、學術史和近現代學術思想的研究，並關註當代文化建構和文化批評。劉先生素以學風嚴謹、思想明通著稱，所涉獵的學術領域均有著作出版，是當代有影響的文史學者和文化學者。
其研究範圍主要見諸以下壹些學術領域和問題面向。
第壹，傳統文化和文化傳統重建的研究。這是劉先生近十年致力較多的學術領域，有《中國傳統文化的特質及其價值取向》、《百年中國文化傳統的流失與重建》、《信仰與中國文化的特性》、《當代中國與傳統文化》、《禮儀與文化傳統的重建》、《“文化自覺”和“美美與***”》等數十篇專題論文發表。並以此方面的選題多次為部級領導幹部及多個省市的文化講壇作學術演講。《傳統的誤讀》、《大師與傳統》、《中國文化的狂者精神》，是這方面的代表著作。三聯書店2012年出版的劉先生的專著《中國文化的狂者精神》，打開了思想文化研究的新領地，壹年內兩次印刷，成為學術類暢銷書。
第二，國學研究。劉先生系統探討了國學的淵源、發生、發展和演變的歷史，以及國學和其他學科的關系；主張國學“瘦身”，反對國學虛熱，重新闡發國學定義，認為國學應該以經學和小學為主幹，認同馬壹浮先生關於國學是“六藝之學”的學術理念；建議小學、中學和大學壹二年級開設以“六經”為主要內容的國學課程，從《論語》、《孟子》入手，循序漸進，長期熏習，使“六經”的精神義理，成為中華兒女的文化識別符號。上海人民出版社出版的《論國學》和上海辭書出版社出版《國學與紅學》兩書，是此方面研究的代表著作。另有《國學辨義》、《國學和“六藝之學”》、《國學與詩學》、《國學與國民教育》、《馬壹浮與國學》等二十多篇專題論文在《光明日報》、《文匯報》、《人民政協報》、《上海社會科學報》等報刊發表，建立了獨家的國學論說。
第三，關於文化價值重構的研究。鑒於當前社會存在的價值缺失和價值紊亂，以及中國傳統價值理念如何在今天發用，劉先生對此方面的問題作了深入的研究。他重新闡釋“敬”、“恕”、“和”、“恥”等價值理念的文化內涵，提出“敬”是社會人倫的具有終極意義的道德價值，已經進入中華文化的信仰之維。而且研究了敬、誠、信的價值關聯，認為“六經”及孔子和孟子的主要思想義理是敬、誠、信。發表《“敬”是中華文化的終極價值》、《中國傳統文化價值理念的現代意義》、《中國傳統文化價值理念如何在今天發用》等多篇論文和演講。2012年8月23日上海《社會科學報》刊載的《如何填補時代的價值缺失——訪中國藝術研究院中國文化研究所所長劉夢溪》，和《中國文化報》2013年2月22日刊載的《重建中華文化的信仰之維——中國文化報記者對話劉夢溪》（《新華文摘》全文轉載），對這方面的思想作了深入闡述。此項研究為恢復與重建中華文化的精神傳統，做了學者個人的努力。
第四，學術史和思想史研究。這是劉先生多年致力的領域。《學術思想與人物》、《莊子與現代和後現代》、《中國現代文明秩序的蒼涼與自信》（學術訪談對話錄）等，屬於這方面的著作。另有《為生民立命——“橫渠四句教”的文化理想》、《白鹿洞書院訪學記》、《漢譯佛典與中國的文體流變》、《湯若望在明清鼎革之際的角色意義》、《王學的意義》、《晚清新學敘論》、《社會變革中的文化制衡──對五四文化啟蒙的另壹種反省》等專題論文數十篇。
第五，晚清民國以來中國現代學術思想研究。此項研究開始於上世紀九十年代初，劉先生以七年之力主持編纂《中國現代學術經典》，收20世紀人文學術大師的著作，44家，35卷，2500萬字，1997年出版，獲中國圖書獎。劉先生撰寫的總序，長6萬言，以《中國現代學術要略》為題首發《中華讀書報》，連載四個整版。因李澤厚提議，專門開了壹次研討會，戴逸、龐樸、湯壹介、李澤厚、李慎之、余敦康等著名學者出席，討論熱烈。《中國現代學術要略》後經增訂，三聯書店出版，成為劉先生第壹部學術史專著。對王國維、章太炎、蔡元培、梁漱溟、熊十力、馮友蘭、傅斯年、張蔭麟、陳夢家等學術個案的研究，也有專題論文發表。另有《文化托命與中國現代學術傳統》、《中國現代學術的四重疑問》、《大師與傳統》、《王國維、陳寅恪與中國現代學術》等綜論性論文多篇，在現代學術研究領域，形成內容充實的壹家之言。
第六，陳寅恪研究。劉先生是國內外學術界公認的研究陳寅恪的專家，已持續二十余年，發表論文30多萬字，包括《陳寅恪的家學淵源與晚清勝流》、《陳寅恪的學術創獲與研究方法》、《陳寅恪與<柳如是別傳>的撰述旨趣》、《陳寅恪學術思想的精神義諦》、《陳寅恪的“家國舊情”與“興亡遺恨”》、《陳寅恪的闡釋學》等。季羨林先生九十年代初看了夢溪先生長文《陳寅恪的學術創獲與研究方法》，認為是壹篇“至文”。劉先生研陳，壹是連同王國維壹起研究，學術界壹位長輩稱之為“王陳並治”；二是重視陳學的家學傳統，和晚清史壹起研究，不久前出版的專著《陳寶箴和湖南新政》，是他研究陳寅恪家學淵源的最新成果。
第七，馬壹浮研究。劉先生集中研究的現代學術個案，壹是王國維，壹是是陳寅恪，壹是馬壹浮。對陳、馬尤其情有獨鐘。已發表的研究馬壹浮的論文，有十多萬字，有《馬壹浮的文化典範意義》、《馬壹浮的學術精神和學問態度》、《馬壹浮和“六藝論”》、《馬壹浮與復性書院》、《馬壹浮的佛禪境界和方外諸友》、《熊十力和馬壹浮》等，提出儒學和佛學是馬的兩根並立的學問支柱並終身以之的觀點，對馬的國學論作了新的闡發。其《馬壹浮的文化典範意義》壹文，稱馬先生是“儒之聖者”，是“高人逸士”，從學術史的角度論述了馬壹浮在現代思想文化史上的特殊地位。
第八，紅學研究。這是劉先生早年涉獵的領域，他的第壹篇紅學論文是連載於1964年《光明日報》上的《探春新論》，當時二十三歲。後來常欲“告而別之”，但研究《紅樓夢》的著作並未少出，計有《紅樓夢新論》、《紅樓夢與百年中國》、《情問紅樓》、《牡丹亭與紅樓夢》等，並編選《紅學三十年論文選編》（上中下三冊，180萬字，百花文藝出版社出版）及《紅樓夢十五講》等。《紅樓夢與百年中國》， 29萬字，有河北教育出版社版、中央編譯出版社版及臺灣風雲時代出版社版，是從現代學術史的角度研究紅學壹科的史論著作。說劉先生在紅學界自成壹家，應沒有異議。他研紅的壹個特點，是態度寬容，置身於紅學界的派系之外，立說比較客觀。因此自稱喜歡《紅樓夢》，不喜歡紅學。但對紅樓人物，不無“偏見”，過分喜歡林黛玉，過分不喜歡薛寶釵，以致懷疑薛姨媽“別有用心”。
第九，創辦並主編《中國文化》雜誌，以“深研中華文化，闡揚傳統專學，探究學術真知，重視人文關懷”為宗旨，在內地、香港、臺灣三地同時出版。1988年開始籌辦以來，二十五年堅持不懈，海內外碩學鴻儒鮮有不在此刊發表文章者。《中國文化》郵局發行，刊期準時，訂數增加。
第十，“家國情懷”。關心當代文化走向，關心人類的命運，熟悉劉先生的人無不留有深刻印象。《對話是人類的生活準則》（在伯克利大學中美文化論壇上的即席演講）、《壹國之內也應尊重文化差異》、《21世紀的挑戰：亞洲價值的反省》、《人類未來大趨勢：“將無同”》等論文，從學理層面闡述人類的“同”遠多於“異”，認為不同的文化之間可以“跨文化溝通”，差異不必然發展為沖突，人類最終應該走向“仇而解”，而不是“鬥而亡”。