Палеонтологические работы Карпинского, в первую очередь «Об аммонеях артинского яруса и о некоторых сходных с ними каменноугольных формах» (СПб., 1890), которую сам ученый считал наиболее ценным результатом того, что ему удалось сделать на уральских материалах, и «Об остатках едестид и о новом их роде Helicoprion» (СПб., 1899), в которых были использованы методы, обычно применяемые в эволюционно-биологических исследованиях, выявили систематическую принадлежность и некоторые анатомические особенности ряда ископаемых форм, что позволило отдельным биографам Карпинского назвать его не только геологом, но и биологом. В монографии «Об аммонеях артинского яруса», ставшей важной вехой в развитии палеонтологии и стратиграфии и отчетливо показавшей преимущества нового тогда онтогенетического метода, Карпинскому удалось проследить филогенетические связи аммоноидей от девонского до пермского периодов. Во второй работе он впервые в палеонтологии применил гистологический метод для описания и реконструкции внешнего облика представителя вымершего рода акул из артинских отложений, предположив, что загадочный свернутый орган этих древних животных является зубным аппаратом в форме «спиральной пилы». Академик АН СССР, геолог-тектонист Ю.А. Косыгин заметил по этому поводу: «Гениальное решение Карпинским задачи о геликоприоне было блестяще подтверждено фактами».
Большое внимание Карпинский уделял методике составления карт. В 1882 г., в самом начале его работы в Геолкоме, он был избран представителем России в международную комиссию по изданию геологической карты Европы. В 1882 г. он выступил на заседании отделения геологии и минералогии Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей с докладом «О новом способе обозначения осадочных пород», а в начале 1883 г. доложил в Геолкоме свои соображения по составлению и изданию геологических карт, номенклатуре листов, текстам, шрифтам и условным обозначениям. Предложенная им цветовая гамма для раскраски на геологических картах отложений мезозоя и кайнозоя и изверженных пород до настоящего времени используется геологами всего мира.
Карпинского отличали выдающиеся способности организатора. Когда он в 1884 г. возглавил Геологический комитет, только его исключительный организационный талант и широта его геологического кругозора позволили ему при весьма ограниченных людских и материальных ресурсах создать необычайно мобильный и действенный, обладающий высочайшим научным потенциалом орган, который смог в сжатые сроки решить наиболее актуальные задачи геологического обследования территории России и составить первую государственную геологическую карту Европейской части России.
Не меньшую энергию и талант Карпинский проявил на посту руководителя Академии наук, который он занимал около 20 лет – рекордный по продолжительности срок для ХХ в. Во многом благодаря его усилиям в нелегкий период истории страны АН сохранила в значительной мере свою самостоятельность и свой статус высшего научного учреждения страны, количество академических учреждений значительно возросло, на Урале, Дальнем Востоке, в Закавказье, Средней Азии и Казахстане были созданы академические филиалы и стационарные базы для решения проблем, связанных с развитием экономики и культуры этих регионов.
