Научная деятельность И. А Бодуэна де Куртенэ была многообразной. Он занимался русским, польским, словенским и другими славянскими языками, индоевропеистикой и тюркологией. Бодуэн де Куртенэ коренным образом переработал словарь Владимира Ивановича Даля, сделав его более упорядоченным. При активном участии учёного была подготовлена реформа
русской орфографии, осуществлённая в 1917— 1918 гг. Первым из профессиональных лингвистов он обратил серьёзное внимание на создававшиеся в то время искусственные международные языки (эсперанто и др.). Он же впервые сделал объектом научного исследования воровской жаргон русского языка («блатную музыку»), посвятив ему статью. Бодуэн де Куртенэ стремился разработать принципы справедливой языковой политики в России. И всегда учёный обращал внимание на общелингвистические проблемы, связывая самые, казалось бы, частные вопросы с общей теорией языка.
Начиная с ранних работ, Бодуэн де Куртенэ, как несколько позже и Ф. де Соссюр (см. статью «Язык и его структура. Фердинанд де Соссюр»), подчёркивал, что научное языкознание не сводится только к изучению языковой истории и родственных связей языков. Он указывал, что необходим «всесторонний разбор положительно данных, уже сложившихся языков», среди которых главное место занимают «живые языки народов во всём их разнообразии». Для того времени подобный подход был новаторским.
Очень резко Бодуэн де Куртенэ выступил против биологических идей А. Шлейхера: «Причислять язык к „организмам", языковедение же к естественным наукам есть пустая фраза, без фактической подкладки... Сущность человеческого языка исключительно психическая. Существование и развитие языка обусловлено чисто психическими законами... Так как язык возможен только в человеческом обществе, то кроме психической стороны мы должны отмечать в нём всегда сторону социальную. Основанием языковедения должна служить не только индивидуальная психология, но и социология».
Психологический подход к языку определял для И. А. Бодуэна де Куртенэ принципы изучения фонетики и грамматики. Фонетика в европейских странах вплоть до второй половины XIX столетия была развита недостаточно. Описания звуков по своей точности и разработанности значительно уступали индийским и арабским. Новый этап развития фонетики начался, когда во второй половине XIX в. родилась экспериментальная фонетика. Впервые появилась возможность с помощью приборов изучать акустические свойства звуков и деятельность голосового аппарата человека. Однако успехи акустики и физиологии требовали лингвистического осмысления. Выяснилось, что в руках исследователей появился инструмент, даже слишком мощный для нужд науки о языке. Уже самые простые технические средства давали возможность выделять значительно больше признаков, чем это нужно для описания языка. Выяснилось, что многие фиксируемые приборами звуковые нюансы речи не осознаются человеком и не служат в языке для различения смысла. Нужны были критерии, позволяющие отделять лингвистически значимые различия от незначимых.
В связи с этим Бодуэн де Куртенэ разграничил две разные дисциплины, изучающие звуки речи. Одна из них — это акустико-физиологи-ческая фонетика, исследующая объективные свойства звуков с помощью приборов. Другой он дал название «психофонетика», однако позже для неё установился термин фонология. Первая дисциплина изучает звуки реальной речи, создаёт базу для второй, но только косвенно относится к языкознанию. Вторая дисциплина — прямо лингвистическая, она исследует звуки как представления человеческой психики, которые служат в языке для выражения смысла.
И. А Бодуэн де Куртенэ впервые выделил главную единицу фонологии —фон ему (от греч. «phonema» — «звук»). Этот термин существовал и раньше, но Бодуэн де Куртенэ придал ему новый смысл. Он так определял фонемы: «Это единые, непреходящие представления звуков языка». В отличие от звуков с их зависимостью от индивидуальности говорящего, от обстановки речи фонема существует вполне объективно, одинаковым образом для всех. Как мельчайшая единица языка, она принадлежит сознанию человека, а не потоку звуковой речи. В фонему объединяются звуки, которые для носителя языка не различаются между собой. Например, в русском языке [э] в слове этот (перед твёрдым согласным звуком) и в слове эти (перед мягким согласным) произносится по-разному: во втором случае язык поднимается выше, чем в первом; на слух эти звуки тоже различаются. Однако носитель русского языка не ощущает этого различия, для него это один звук А во французском языке два примерно таких же звука воспринимаются как разные и обычно различаются на письме (сравните maitre 'хозяин', 'господин' с более низким е и mettre 'класть' с более высоким). Но, как писал И. А. Бодуэн де Куртенэ, «фонемы неделимы психически». Таким образом, учёный при выделении фонемы прямо опирался на «языковое чутьё» носителей языка. Безусловно, психологическое восприятие фонемы отражается в буквенных письменностях. Все создатели алфавитов были «стихийными фонологами» И не случайно именно фонологи, в том числе ученики И. А. Бодуэна де Куртенэ, активно участвовали в разработке новых алфавитов для языков народов бывшего СССР.
Позднее психологическое понимание фонемы подверглось критике. Оно совершенно правильно по существу, но, обращаясь к психологии и «языковому чутью», нельзя проверить те или иные фонологические описания. Учёные следующего поколения (прежде всего Николай Феофанович Яковлев и Николай Сергеевич Трубецкой) предложили более строгие критерии вьщеления фонем. Фонемы стали понимать как единицы, которые позволяют различать слова в языке. Однако само понятие «фонема» и разграничение фонетики и психофонетики (фонологии) сохранились.