Dorobek naukowy Do głównych obszarów badań Chladniego należały badania zjawisk akustycznych, w tym doświadczenia z drgającymi strunami i płytami. Ustalił prędkość rozchodzenia się fal podłużnych w licznych metalach i drewnie, a także prędkość dźwięku w szeregu gazów. Od jego nazwiska pochodzi nazwa odkrytego przezeń zjawiska zwanego figurami Chladniego. Podsumowaniem badań w tej dziedzinie było dzieło Die Akustik (1802), wydane też w tłumaczeniu francuskim (1810) dzięki pieniądzom, które wyłożył Napoleon Bonaparte.
Od 1792 badania swe rozszerzył na problem genezy meteorytów. Zasłynął jako jedna z pierwszych osób reprezentujących pogląd o kosmicznym pochodzeniu meteorytów, w związku z czym uchodzi za ojca współczesnej meteorytyki. W swoich pracach udokumentował także wiele spadków i znalezisk meteorytów, które też kolekcjonował, a jego kolekcja 41 okazów znajduje się obecnie w Berlinie.
Jest autorem 120 publikacji naukowych; 60 z nich dotyczy akustyki, a 46 meteorytów.