Фортунатов, как никто другой, умел генерировать новые лингвистические идеи, был основоположником формально-лингвистического направления в исследовании языка, основателем Московской лингвистической школы. Он предложил концепцию распределения слов по формальным (грамматическим) классам на основе наличия или отсутствия в словах формальных показателей, противопоставив тем самым свою оригинальную теорию общепринятой теории частей речи. Нередко несколько слов в трудах этого ученого порождало новые научные поиски. Так, в общем курсе сравнительного языковедения, который он читал в Московском университете в 1901-1902 гг., было сформулировано учение о грамматической форме слова, которую Фортунатов понимал как его морфологическую членимость. Это положение вызвало в лингвистике взрыв плодотворных идей, многие из которых разрабатываются и в наши дни.
В трудах по сравнительно-историческому языкознанию он пересмотрел и обновил трактовку ряда сложных идей, касающихся сути древнейших процессов в индоевропейских языках. Фортунатов сформулировал положение о том, что индоевропейский язык, как и всякий другой, должен иметь свою историю и диалектное членение. В результате этих изысканий Фортунатов открыл закон о передвижении ударения от начала слова к его концу в славянских и балтийских языках, что некогда было обусловлено фонетической позицией. Этот закон получил название «закон Фортунатова — де Соссюра» (оба лингвиста открыли его независимо друг от друга).
Фортунатов много занимался также теорией правописания. Он внес большой вклад в подготовку реформы русской орфографии, которая была осуществлена уже после его смерти. Идеи Фортунатова продолжили развивать его ученики — М. Н. Петерсон, А. М. Пешковский, Д. Н. Ушаков и др. (первое поколение Московской лингвистической школы) и ученики его учеников – Р. И. Аванесов, А. А. Реформатский, П. С. Кузнецов, Г. О. Винокур и др.