Один из основателей русской геологической школы, Карпинский еще при жизни носил почетный титул «отца русской геологии». Его отличала необычайная широта научных интересов. С равным успехом он занимался стратиграфией и палеонтологией, петрологией и тектоникой, палеографией и региональной геологией и сыграл заметную роль в развитии всех этих областей геологической науки не только в нашей стране, но и за рубежом.
В 1870-е гг. он активно проводил геологические исследования в Центральной и Южной России, занимался поисками каменной соли в Харьковской и Псковской губерниях, каменного угля, золота, никеля и платины – на Урале, где осуществил впоследствии детальное геологическое картирование восточного склона Уральских гор и дал свою интерпретацию геологического строения этого района.
Первая научная работа Карпинского – его магистерская диссертация – была посвящена петрографии. И хотя он не оставил крупных основополагающих петрологических трудов (в отличие от других разделов геологии, которыми он занимался), его работы имели большое значение для развития петрографии в России как в методическом, так и в теоретическом отношении. Карпинский уделял большое внимание методике петрографических исследований и одним из первых оценил значение микроскопического метода для изучения горных пород (он использовал его еще в работе над диссертацией). Кроме того, он занимался проблемой классификации горных пород и вопросами происхождения рудных месторождений, в первую очередь уральских месторождений платины.
В области стратиграфии Карпинский выделил (1874) артинский ярус (названный по имени Артинского завода на Среднем Урале) как самостоятельное стратиграфическое подразделение и установил принцип «переходных слоев» («принцип Карпинского») – один из основополагающих принципов теоретической стратиграфии. В конце 1870-х гг., обобщив и систематизировав данные по эволюции геологического развития Русской платформы, он разработал общую классификацию осадочных образований земной коры.
Изучение осадочной толщи привело Карпинского к рассмотрению тех тектонических нарушений, которым она подвергалась в прошедшие эпохи, а вместе с тем и к попыткам исторической реконструкции этих процессов. Он впервые составил тектоническую карту восточного склона Урала и тектоническую карту Европейской части России, заложил основы теории платформ и установил важнейшие закономерности тектонической и палеогеографической эволюции Восточно-Европейской платформы, первым применил фациальный анализ для выяснения характера морского бассейна, в котором отлагались осадки, образующие современный Донбасс, и доказал зависимость распределения суши и моря в минувшие геологические периоды от колебательных движений земной коры. По существу, Карпинского можно считать одним из основоположников палеогеографии и палеоокеанографии. В 1888 г. увидела свет, как считается, самая оригинальная тектоническая работа Карпинского – «О правильности в очертании, распределении и строении континентов», текст которой иллюстрировали схемы расположения материков на необычной проекции, получившей с тех пор название «проекция А.П. Карпинского». В этой работе содержались мысли и идеи, предвосхитившие основные положения «новой глобальной тектоники» – мобилизма, получившего развитие в 1960-х гг.
