人才培養
趙元任博學多才，既是數學家，又是物理學家，對哲學也有一定造詣。然而他主要以著名的語言學家蜚聲於世。他從1920年執教清華至1972年在美國加州大學退休，前後從事教育事業52年。中國著名語言學家王力、朱德熙、呂叔湘等都是他的學生，“給中國語言學的研究事業培養了一支龐大的隊伍”，可謂桃李滿天下。
漢語研究
區分字調語調
“字調” 這個名稱是趙元任初創的，其所指與漢語語言學和語言教學中所說的“ 聲調 ” 基本相同。趙元任清楚地認識到字調、連讀變調、句調不是一回事，隨着研究的深入，他對字調、 語調的關係逐漸有了明確的闡述，提出了三個著名的比喻——“ 橡皮帶 ”、 “ 代數和 ” 、“ 大波浪與小波浪 ” 。這些比喻給漢語語調研究指出了一條捷徑。
重視對漢語連讀變調與輕重音的研究
趙元任對現代漢語輕重音的研究是開創性的 。他提出漢語口語不是讀書腔，也有重與輕，而且輕重音在漢語的語調中非常重要。趙元任在研究中幾乎提到了漢語裏的各類輕音，並有所區分，基本涵蓋了我們今天常說的詞重音、句重音、輕聲、可輕聲、語調輕音、結構輕音等現象。趙元任還注意到了漢語輕重音不同於西方語言的地方，並看到了重音的相對性。
提出漢語語調構造雛形
趙元任出了自己新的三分式結構：調冠—調頭—調身，其中調身包含了調核和調尾兩部分。趙元任指出漢語語調可以分段來處理，除引入語調構造觀以外，趙先生還爲漢語語調引入和新創了實用的標調符號 ，這些符號是趙元任考慮到漢語的特點及語調的普遍性而創制的。
對漢語語調進行形式——功能的劃分
趙元任首先將語調分爲“中性語調 ” 和“ 口氣語調 ”，他還按照“ 體式 ” 把口氣語調分成 40種，每一種體式對應着一種或幾種“ 功用 ” 。前 27種“ 以音高跟時間的變化爲主要的成素 ” ，後 13種“ 以強度跟嗓子的性質爲主要的成素 ” 。另外，趙元任還將語速的快慢作爲語調的一個構成要素(屬於時間範疇)。
指出“ 未來 ” 語調研究的方向方法
在漢語語調研究方面 ，趙元任指出語助詞還應當系統研究，語調研究的語料來源和分析依然存在問題，標調的符號有待改善，語調分類或可再細，應該加強語調共性研究。這些方面，在今天基本上仍然是語調研究中沒有解決、 亟待解決的問題。尤值一提的是，趙元任非常重視語助詞在語調中的作用。
音樂創作
趙元任的音樂創作，突破了“學堂樂歌”借用外國樂譜填詞的模式，開始完全由中國人獨立作曲作詞，使中國近現代音樂進入了新的發展階段，因此，他是中國近現代音樂史上當之無愧的先驅者之一，是我國20世紀20年代優秀的作曲家。
趙元任的音樂創作活動雖然開始於“五四”運動以前，但主要集中在上世紀二三十年代。他的音樂創作主要分兩個時期。第一個時期是“五四”運動以後的20世紀20年代，代表作有歌曲《勞動歌》、《賣布謠》、《教我如何不想他》、《上山》、《聽雨》、《也是微雲》和合唱曲《海韻》等。這些歌曲和他此前創作的部分作品，共14首歌曲，收集在由商務印書館於1928年出版的《新詩歌集》中。20世紀30年代是趙元任的第二個創作時期，代表作有《江上撐船歌》、《西洋鏡歌》等。他還爲陶行知等人的許多兒童詩譜寫了歌曲，如《手腦相長歌》、《兒童工歌》等，收集在《兒童節歌曲集》(1934)和《曉莊歌曲集》(1936)等作品集中。
趙元任在藝術上勇於創新。他創作的歌曲，音樂形象鮮明、風格新穎、旋律優美流暢，富於抒情性。從內容上看，他的作品多以“五四”以來的新詩爲題材，既有時代特點，又有民族風格。從形式上看，他的作品既有效地運用了西方音樂創作技法，又創造性地吸收了我國傳統音樂的寶貴經驗。他的聲樂作品藝術水平較高，對我國近現代音樂創作作出了重要的貢獻。許多作品流傳至今，成爲音樂院校教學和音樂會上經常表演的曲目。
趙元任於1926年創作的《教我如何不想他》，已成爲中國近現代音樂寶庫中一首經典的藝術歌曲，也是專業音樂學府的優秀聲樂教材。它的歌詞是劉半農於1920年旅居英國時寫的一首新詩——《教我如何不想她》。詩人自己說，它表達的是一個海外遊子對祖國“母親”的思念之情。可1926年趙元任爲這首詩譜曲時，把詩中的“她”改成“他”，擴大了“想”的空間，更爲含蓄深邃。正如後來趙元任自己所說：“歌詞中的他，可以是男的他，女的她，代表一切心愛的他、她、它。”這首歌的旋律優美深情，一方面運用我國戲曲的唱腔，富有“中國的韻味”，另一方面又融進了西洋風格的曲式構思和轉調等多聲技法，表現了思念和嚮往層層交織的深摯情意。
趙元任的另一首名作《海韻》(徐志摩詞)，是我國最早的一首有影響的多段聯綴的合唱作品，創作於1927年。作品用合唱、領唱和鋼琴的迴旋變奏，生動地描繪了一位美麗勇敢、渴望自由的少女，不畏狂風巨浪的威脅，最終被洶涌的海浪吞沒的悲劇故事。作品表現了“五四”時期中國青年反封建、追求個性解放的浪漫主義精神。一曲終了，使人往往依舊沉浸在強烈的共鳴和審美的遐思之中，具有較強的藝術感染力，堪稱中國合唱音樂的傳世之作。
趙元任也是我國近現代音樂史上最早將中國民歌予以多聲改編配置的作曲家。1935年，他爲電影《都市風光》寫的片頭曲《西洋鏡歌》，就吸取了民間說唱的音調，揭露和批判了當時都市生活的黑暗。1942年，他在美國創作的《老天爺》，歌詞則採用了我國明末的民謠，並具有民間說唱敘事的風格。《老天爺》在20世紀40年代中期傳至國內，在反蔣愛國學生的示威遊行中唱出來，引起強烈反響。從此，這首歌曲便唱遍全國。
多年的語言研究工作，對趙元任的音樂創作具有明顯的影響。他特別注意根據中國語言的聲調和音韻特點來處理歌詞與曲調的關係，使歌詞的聲韻與曲調吻合，使歌曲既富有韻味，又有口語化的傾訴感。在創作中，他還注重音樂語言的地方風格。例如，《聽雨》將常州話吟誦古詩的音調加以擴展，《賣布謠》是在無錫方言音調基礎上創作的，《教我如何不想他》吸收了京劇西皮過門的音調。在歌曲伴奏方面，趙元任十分重視鋼琴對塑造音樂形象的作用。例如，在《也是微雲》、《上山》、《海韻》等作品中，就運用豐富生動的鋼琴織體音型，加強了聲樂歌唱的藝術形象和感情的變化。
