Теодор Моммзен подготовил издания сочинений Кассиодора, Иордана, Гильды, ряда позднеантичных и раннесредневековых хроник (Проспера Аквитанского, Идация, Исидора Севильского, Беды Достопочтенного и др.), а также «Liber Pontificalis» (издание не завершено). В ходе работы над этими изданиями Теодор Моммзен много путешествовал по Европе, изучал рукописные собрания различных библиотек. Также подготовил комментированные публикации важнейших источников по истории Рима и римского права: завещания императора Октавиана Августа, «Дигест» Юстиниана, Кодекса Феодосия, некоторых египетских папирусов. В июле 1880 г., во время пожара в доме Теодора Моммзена, сгорела значительная часть его библиотеки, в том числе ряд рукописей и редких книг, полученных для работы из библиотек Кембриджа, Галле, Брюсселя и Ватикана. Нереализованным остался проект по подготовке новых изданий византийских авторов. Теодор Моммзен сформулировал принцип комплексного подхода к изучению античной истории, основанный на интеграции различных специальных дисциплин (так называемый Totalitätsideal). Он написал больше полутора тысяч научных трудов по археологии, филологии, лингвистике, эпиграфике, нумизматике, хронологии Древнего Рима. Большинство работ включены в сборник его трудов «Римские исследования» и в «Собрание сочинений». Важнейшее место в наследии Теодора Моммзена занимают труды о правовой системе Древнего Рима: «Римское государственное право» и «Римское уголовное право». Теодор Моммзен впервые дал комплексное описание институтов римского публичного права (магистратур, включая плебейских трибунов, комиций, сената, а также императорской власти), начиная с рассмотрения их истоков в царскую эпоху. Хотя Теодор Моммзен исключил сакральное право из сферы публичного, он, тем не менее, занимался и религиозным законодательством. C 1880 гг. уделял много внимания истории христианства в Древнем Риме, совместно с Адольфом фон Гарнаком основал комиссию по подготовке новых изданий творений греческих отцов церкви. Значительное влияние на исследователей оказала выдвинутая Теодором Моммзеном теория о том, что гонения на христиан в Римской империи носили государственно-юридический характер и, как правило, становились результатом мер принуждения (coercitio) магистратов высшего ранга (наместников провинций и др.) по поддержанию общественного порядка, что включало право внесудебного ареста и вынесения смертного приговора в отношении его нарушителей, за исключением римских граждан.