Научная деятельность Овсянико-Куликовского связана главным образом с Харьковским университетом, профессором которого он стал после защиты докторской диссертации (1888–1905). К первым годам пребывания ученого в Харькове относится короткий период его непосредственного научного общения с А.А. Потебней.

Овсянико-Куликовский стал учеником Потебни, будучи уже сложившимся ученым. Он слушал лекции знаменитого ученого и написал работу, посвященную Потебне как «языковеду-мыслителю». Личное общение продолжалось недолго – с первого года пребывания Овсянико-Куликовского в Харьковском университете (1888) и до конца жизни А. А. Потебни (1891). Характер работы Потебни способствовал усилению и укреплению интереса Овсянико-Куликовского к литературе и литературоведению. В результате он, автор работ (в том числе диссертационных) по языкознанию, осознал свой путь как исследования в области литературоведения. Ученый создал ряд книг – о А.С. Пушкине, И.С. Тургеневе, Н.В. Гоголе, Л.Н. Толстом, А.П. Чехове, а также оставил и работы по проблемам психологии творчества.

В разное время исследовательская судьба Овсянико-Куликовский была связана также с Новороссийским, Казанским, Петербургским университетами. В конце жизни ученый стал почетным академиком Петербургской Академии наук (1907), был одним из редакторов журнала «Вестник Европы» (1913–1918), редактором «Истории русской литературы XIX века» (в 5 томах, 1908–1910). Последние два года жизни ученый жил в Одессе и работал над воспоминаниями.

Определяя себя учеником А.А. Потебни, Овсянико-Куликовский осуществлял исследования в области психологии художественного творчества в ином ключе, нежели его учитель, подходя к проблеме создания образа и его читательского восприятия не «со стороны» формы, а «со стороны» содержания. В своих исследованиях ученый соединил психологический метод с социологическим.

В работе «К психологии понимания» Овсянико-Куликовский на материале очерка Г. Мопассана «Solitute» («Одиночество») и стихотворения Ф.И. Тютчева «Silentium» рассмотрел проблемы индивидуальной психологии и ее идентификации в произведении искусства, а через произведение, в обратном направлении, рассмотрел особенности общей психологии: «чем сложнее то чувство и та мысль, которые вы „передаете“ другому (т. е. возбуждаете в другом), тем меньше будет сходства между вашим чувством или мыслью и соответствующим чувством или мыслью другого. И наоборот: чем проще, чем элементарнее ваше душевное состояние или движение, тем больше будет сходства между ним и соответственным процессом у другого» (107) [159] .

Проблемы личности стали центром внимания ученого в работе «Введение в ненаписанную книгу по психологии умственного творчества (научно-философского и художественного)». Личность определена как синтез «всех элементов и процессов психики», как «синтез психических процессов индивида» (110, 117). Овсянико-Куликовский обратился к «психике культурного человека». «Первоначальной основой» ее назван «волевой психический аппарат» (ср. «первичное волевое начало» В. Вундта). Современное же проявление определено как факт тысячелетнего культурного развития, в процессах которого «создались обширные и причудливые „надстройки“ чувств и умственных процессов. <…> Душа человеческая, как мы ее знаем теперь, есть продукт психической эволюции, которую нет никаких оснований считать законченною» (109).

Главное в личности Овсянико-Куликовский обозначал как «взаимоотношения мысли и чувства» (110). Ученый разделял чувственное и рациональное восприятие – согласно его терминологии, «сферу чувства» и «сферу мысли», «психику чувствующую» и «психику мыслящую» (109). Метафорически определяя существо этих сфер, он характеризовал явления следующим образом: «Наша чувствующая душа, по справедливости, может быть сравнима с тем возом, о котором говорится: что с возу упало, то и пропало. Напротив, есть душа мыслящая – это такой воз, с которого ничего не может упасть: вся поклажа там хорошо помещена и скрыта в сфере бессознательной» (113).

Это положение проиллюстрировано ученым на материале романа И.С. Тургенева «Дым». Овсянико-Куликовский писал: «Литвинов и Ирина любили друг друга. Как ни была сильна и страстна эта любовь, она, после известного разрыва (в Москве), с течением времени прошла, потухла. Потом они встретились за границей. Здесь, на первых порах, их чувствующие души были свободны от чувства любви. Но воспоминания о прошлом и жажда счастья <…> привели к новой любви. Она вспыхнула с новой силой. Но это, в точном психологическом смысле, не прежнее чувство, а новое, только очень похожее на старое». Для уточнения своей мысли Овсянико-Куликовский обращается к сравнению: «Можно два раза заболеть тифом, но новый тиф, несмотря на все сходство с прежним, будет новой болезнью, которой течение и картина не может по всем пунктам совпадать с течением и картиной первой». В результате, ученый сформулировал вывод: «Когда говорится, что Литвинов и Ирина не переставали любить друг друга, и любовь бессознательно сохранилась в их душе, чтобы при новой встрече вспыхнуть с прежней силою, то это только – фигуральное выражение, противоречащее психологической природе чувств. Но когда говорят, что такая-то мысль долго сохранялась и даже работала в бессознательной сфере, чтобы потом проявиться в сознании, то это уже не фигуральное выражение, а вполне точное обозначение факта» (113).

Вслед за В.Г. Белинским Овсянико-Куликовский разграничивает познание человека и общества методами и средствами науки и искусства. Область науки, указывал ученый, – создание и наращение понятийного аппарата, область искусства – образное видение мира: «конкретные представления обобщаются либо в типичные образы (это – путь искусства, кроме лирики), либо в отвлеченные понятия (это – путь науки и философии)» (114).

Главный труд Овсянико-Куликовского, оставшийся незавершенным, назван автором «История русской интеллигенции». Материал исследования был определен как «психология русской интеллигенции XIX века, преимущественно по данным художественной литературы» (125). Психология литературных героев оценивалась ученым как «настоящий „человеческий документ“» (121). Иными словами, произведения искусства явились для Овсянико-Куликовского доказательной базой в понимании действительности – как ее отражение в зеркале.

Действительность определялась как то, что происходило и происходит «в стране запоздалой и отсталой», – эти слова автор книги многократно повторил в преамбуле к ней (121). Вследствие этого ученый подчеркивал: «Приходится вскрывать психические основы скуки Онегина, объяснять, почему Печорин попусту растратил свои богатые силы, почему скитался и томился Рудин и т. д.» (121). В результате, как понимал предмет своего рассмотрения Овсянико-Куликовский, «на первый план изучения выступает психология исканий, томлений мысли, душевных мук идеологов, "отщепенцев", "лишних людей", их преемников в пореформенное время – "кающихся дворян", "разночинцев" и т. д.» (121).