В своих исследованиях Бицилли уделял особое внимание духовной и религиозной культуре, символике и иерархии средневекового человека. Бицилли полагал, что историческая наука и другие гуманитарные науки в лучших своих образцах всегда основана на интуиции. Его главным трудом стала книга «Элементы средневековой культуры» в двух частях (1919), где сделан вывод о статичности и универсальности западноевропейского средневекового миропонимания, продиктованного единством культуры, ее полным подчинением единой католической церкви. Бицилли стремился к выявление индивидуального путем «открытий», а не «формул», сознавая, что к гуманитарным наукам формулы малоприменимы. Любая культура для него была чем-то единственным и неповторимым, отличным от всех других культур. Понимая под «индивидуальностью эпохи» специфичность психических форм мировосприятия и мировоззрения – «форм мышления» и соответствующего им «тонуса жизнеощущения», Бицилли видел главную цель исследователя в том, чтобы «увидеть живых людей… если он только хочет действительно понять Культуру в ней самой, в ее жизни, в ее развитии». В работе «Место Ренессанса в истории культуры» (1933) он выразил «дух» эпохи через историко-культурные характеристики ее величайших представителей – Данте, Петрарки, Боккаччо, Николая Кузанского, Леонардо да Винчи, Микеланджело и др. В автобиографии ученый писал: «Оторванный и от родины, и от эмигрантской общественности (которая, говоря вообще, – по крайней мере там, где я находился, – вдохновлялась совсем иными идеями и надеждами), я всецело отдался научным занятиям. Мною было напечатано много статей на общественно-исторические, а еще более на литературоведческие и лингвистические темы. Работы по последним двум вопросам были напечатаны в Zeitschrift fr Slavische Philologie, Slavia, Revue des Etudes Slaves, в «Годишникъ на Софийския у-т». Я сотрудничал в русских периодических изданиях, выходивших в Париже: «Современные записки», «Русские записки», «Звено», «Числа» и др., а также в ряде болгарских периодических изданий…» Бицилли выступал за синтез познавательных возможностей всех гуманитарных дисциплин для создания подлинной истории культуры. Наиболее плодотворными он считал исследования в области языка: «С точки зрения морфологии культуры самой важной сферой будет та, которая удовлетворяет двум признакам: наибольшей всеобщности и наибольшей самобытности. Такой сферой является язык. Есть культуры – и нации – «безындустриальные», «безмузыкальные», безгосударственные, но культур безъязычных нет», поскольку «все без исключения сферы культуры поддаются, в большей или меньшей степени, «рационализации»: кино и радио, железные дороги и почта «нивелируют» человечество, – и только языки остались вне этого общего движения в сторону обезличивания». Филологический метод ученый считал основой для исторического синтеза, но только при изучении национальных культур, тогда как наднациональные явления следует изучать в первую очередь с помощью методов искусствоведения. По словам болгарской исследовательницы Галины Петковой, «Литература для Бицилли – форма культуры, к которой применим механизм маятника. Как в культуре, так и в литературе эволюция движется скачками, между отдельными периодами нужно «переживание дистанции», выполняющее деавтоматизирующие функции. Анализируя такой существенный признак поэзии, каким является ритм, Бицилли исследует «эволюцию русского стиха» XIX в. Тенденция вытеснения двухсложных размеров трехсложными со времени Лермонтова приводит или к возвращению к исходной точке, т. е. к ямбу, или к разложению поэзии и сближению с ритмической прозой. Особое внимание Бицилли уделяет роману Достоевского, примиряя точки зрения Вяч. Иванова («роман-трагедия») и М. Бахтина («полифонический роман») «общим началом борьбы духовных сил, имманентных субъекту». Тяготение к драматической технике приводит к расширению внутреннего театрального пространства романов Достоевского. Его герои сбиваются на персонажей кукольного театра, марионеток, а их эксперименты с собой и окружающими получают коннотации творческого акта. «Кукольная антропология» Достоевского, по мнению Бицилли, близка гоголевскому человеку, явившему собой чистую идею актера. Безликое лицо начинает лицедействовать, лишь получивши маску. Классическая комедия хочет быть пародией жизни, а у Гоголя сама жизнь представлена как пародия комедии». Бицилли является автором книг «Введение в мировую историю» (1923), «Очерки теории исторической науки» (1925), «Этюды о русской поэзии» (1926), «Проблема жизни и смерти в творчестве Толстого» (1929), «Место Ренессанса в истории культуры» (1934), «К вопросу о характере русского языкового и литературного развития в новое время» (1936), «Творчество Чехова: Опыт стилистического анализа» (1940), «Пушкин и чистая поэзия» (1945), «К вопросу о внутренней форме романа Достоевского» (1946), «Проблема человека у Гоголя» (1948) и др.
