Ростовцев исследовал социально-экономическую историю Древнего Рима и эллинизма, а также занимался историей и археологией юга России. Он был сторонником модернизации исторического процесса, говорил о наличии капитализма в начале эллинизма и в начале Римской империи и использовал термины «буржуазия» и «пролетариат» для описания классов в античном обществе. А описывая Египет эпохи Птолемеев как «просвещённую социалистическую монархию», обладавшую развитой плановой экономикой, Ростовцев сравнивал его с Советским Союзом. Упадок Римской империи он рассматривал как результат борьбы крестьянства, составлявшего основную силу римской армии, против городской буржуазии. Остававшиеся вне высокой культуры крестьяне при поддержке императоров восстали против городов, бывших основой экономической мощи державы, и разрушили эту основу. При этом ученый видел всю разницу между «буржуазией», «пролетариатом» и «крестьянством» античного мира и теми классами, которые носили эти названия в XIX–XX веках. Ростовцев был одним из первых историков Античности, кто объединил археологические свидетельства с литературными источниками. В предисловии к книге «Социальная и экономическая история Римской империи» он отмечал, что «до сих пор еще никем не написана монография, где была бы представлена целостная картина социальной и экономической жизни Римской империи и выявлены основные тенденции общего развития. Есть ряд ценных работ, проливающих свет на те или иные частные проблемы этого плана или отдельные исторические периоды. Но большинство из них… написаны с позиции антиквара, а не историка, и нельзя назвать ни одного труда, где была бы сделана попытка связать ход социального и экономического развития империи с историческим развитием ее государственного и административного устройства или с внутренней и внешней политикой императоров. Настоящая книга представляет собой первый опыт в этом направлении. Я отнюдь не обольщаюсь относительно достигнутого результата и не испытываю полного удовлетворения. Передо мной стояла непростая задача, которая сложно поддается решению, а скудный материал приходилось собирать по крохам. Соответствующие статистические данные отсутствуют. Немногочисленные факты, доступные наблюдению, всегда допускают спорные толкования, а выводы, которые из них делают ученые, носят гипотетический характер и зачастую представляются весьма произвольными. Однако, невзирая на все трудности, эта тема крайне увлекательна. Я убежден в том, что настоящая всеобъемлющая история Римской империи может быть написана лишь на основе глубокого изучения социальных и экономических отношений этой эпохи». Завершая же этот труд, ученый пришел к выводу о связи древности и современности: «То развитие, которое претерпел древний мир, означает для нас и поучение, и предостережение. Нашей культуре суждена недолгая жизнь, даже если ее носителем будет не один-единственный класс, а массы. Восточные культуры были устойчивее и долговечнее, чем культура греко-римская, поскольку они, покоясь в основном на религиозном основании, были доступнее народу. Следующий урок заключается в том, что попытки насильственного нивелирования никогда не приводили к возвышению масс. Они погубили высшие классы и привели лишь к ускорению процесса варваризации. Но, словно призрак, назойливый и неотступный, преследует нас главный вопрос: возможно ли приобщить низшие массы к высокой культуре, не снижая ее уровня, не ухудшая ее качества до полного обесценивания? И приговорена ли к упадку всякая культура, как только она начинает проникать в массы?»
Ростовцев был одним из авторов «Кембриджской истории Древнего мира» («The Cambridge Ancient History») (1911–1936). В 1928–1937 годах он руководил раскопками античного города Дура-Европос в Сирии.
Ростовцев является автором книг: «История государственного откупа в Римской империи: От Августа до Диоклетиана» (1899), «Социальная и экономическая история Римской империи» («Social and Economic History of the Roman Empire») (1926), «История Древнего мира» («A History of the Ancient World») (1926–1927) в 2 томах, «Социальная и экономическая история эллинистического мира» («A Social and Economic History of the Hellenistic World») (1941) в 3 томах, «Античная декоративная живопись на Юге России» (1914), «Эллинство и иранство на юге России» (1918), «Скифия и Боспор» («Skythien und der Bosporus») (1925), «Мистическая Италия» («Mystic Italy») (1926), «Эллинистическо-римский архитектурный пейзаж» (1908), «Караванные города» («Caravan Cities») (1932), «Дура-Европос и его искусство» («Dura-Europos and Its Art») (1938) и др.
