В докторской диссертации «Очерки по истории развития головы позвоночных. Метамерия головы электрического ската», защищенной в Московском университете в1898г., Северцов, опираясь на большой фактический материал, раскрыл сущность противоречий между разными школами европейских ученых и обосновал значение эмбриологического метода для морфологии. В своих построениях он впервые применил метод графической реконструкции, которым впоследствии широко пользовался. Кроме того, в процессе работы над диссертацией он пришел к пониманию важной роли корреляций в эволюционном процессе.
Юрьевский период деятельности Северцова был связан с исследованием теории корреляции. Основываясь на исследованиях черепов акулы, миноги и стерляди, он установил принцип соотносительных изменений органов и исследовал проблему коррелятивной связи развивающихся органов, в первую очередь черепа и головного мозга. Кроме того, он занимался изучением черепа, мозга и периферической нервной системы австралийской двоякодышащей рыбы (рогозуба), а также скелета, мускулатуры и нервов парных конечностей геккона. Последнее положило начало проведенному Северцовым циклу исследований о происхождении конечностей.
Киевский период был посвящен сравнительно-анатомическим и эволюционно-морфологическим исследованиям, значительное место в которых стали занимать палеонтологические данные. К этому периоду относится разработка теории происхождения пятипалой конечности из7—10-лучевого плавника предковых форм, исследование коррелятивной зависимости в развитии органов и систем организма как единого целого, соотношения между онто- и филогенезом, изучение закономерностей эволюционного процесса путем исследования филогенеза больших групп животных.
Московский период был для Северцова временем подведения итогов и выхода в свет большинства его наиболее важных теоретических, обобщающих трудов, таких как «Этюды по теории эволюции» (Киев, 1912; 2-е изд. Берлин, 1921), «Современные задачи эволюционной теории» (М., 1914), «Эволюция и психика» (М., 1922), «Главные направления эволюционного процесса» (М., 1925; 2-е изд., изм. и доп. М.; Л., 1934; 3-е изд. М., 1967). В этих трудах нашли наиболее полное выражение идеи Северцова, связанные с исследованием главных направлений эволюционного процесса и разработкой теории филэмбриогенеза(морфологической теории эволюции онтогенеза) и морфобиологической теории.
