По мнению российского философа и филолога А.Ф. Лосева, Зелинский приближался к идеалу ученого, поскольку, «во-первых, был в душе поэт-символист, а во-вторых, крупнейший, европейского масштаба, исследователь античности… По-моему, вот это совмещение классика, филолога-классика, поэта и критика замечательно». Начав свои научные изыскания с анализа древнеаттической комедии, ее истоков и структуры, Зелинский также изучал традиции греческого героического эпоса, рассматривал особенности языка и построения гомеровских поэм и решению «гомеровского вопроса», придя к выводу о том, что у гомеровского цикла – не один автор. Он занимался и изучением греческой трагедии и творчества великих трагиков (Эсхила, Софокла и Еврипида), опубликовал переводы драм Софокла и Еврипида, исследовал эволюцию трагических мотивов в греческой драме Классического периода. Будучи прекрасным знатоком не только греческого, но и латинского языка, Зелинский отстаивал тезис о тотальном воздействии Античности на все последующие эпохи. В литературном наследии Древнего Рима он особое внимание уделил творчеству Цицерона, стиль которого считал наиболее полным воплощением «золотого века» римской словесности. Исследовав структуру судебных речей Цицерона, Зелинский выявил особенности построения его речевых периодов и проанализировал приемы ритмизации речи. Зелинский полагал, что все культурологические теории можно разделить на материалистические и идеологические и что науки о культуре (гуманитарные науки) являются отражением реального коллективного и индивидуального бытия людей. Основой бытия являются сознание, психология, дух. Сознание и человеческая психология определяют структуру реальной жизни человека. Коллективная жизнь включает в себя язык, верования и нравы, индивидуальная жизнь включает также область науки и область искусства. Культуру, возникающую в процессе взаимодействия людей друг с другом и с природой, Зелинский определял как совокупность условий быта (бытия) людей. Он разделял ее на духовную (религия, нравственность, искусство, наука), материальную (пища, одежда, жилище, оружие) и нравственно-экономическую (семья, род, сословие, профессиональные организации, государство). Решающее значение в освоении культуры ученый придавал образованию. Зелинский стремился возродить интерес к истории Древней Греции – «родительнице нашей культуры», к творчеству эллинских поэтов – «учителей человечества» и создателей «сокровищницы нашей умственной культуры». Зелинский является автором более 800 научных работ, в том числе книг «О синтагмах в древней греческой комедии» (1883), «О дорийском и ионийском стилях в древней аттической комедии» (1885), «Сказочная комедия в Афинах» (Die Marchenkomodie in Athen) (1886), «История античной культуры» (1895), «Цицерон на рубеже веков» (Cicero im Wandel der Jahrunderte) (1897), «Tragodoumena. Исследования в области развития трагических мотивов» (1919), «Культура и революция: публицистика 1917–1922 гг.» (Kultura i rewolucja: Publicystyka z lat 1917–1922) (1999) и др.
