Еще с гимназических лет Трубецкой всерьез начинает заниматься этнографией, фольклористикой, языкознанием, а также историей и философией. Играл ведущую роль в становлении лингвистики как особой научной дисциплины. Открыл новые научные направления: историю литературных языков, типологическую и сопоставительную лингвистику, учение о языковых союзах и языковых контактах и др. Уникальны открытия Трубецкого в области исследования малоизученных языковых семей и регионов: кавказских языков, палеоазиатских (ительменского, самодийского, корякского, чукотского), а также финно-угорских языков. Трубецкой известен также как теоретик евразийства – философско-геополитической концепции, утверждающей общность исторических судеб русского и урало-алтайских («туранских») народов и несовместимость всех этих народов с западной цивилизацией.