To prekursor praktycznych celów wychowania w Polsce. Zajmował się głównie problematyką nauczania, zwłaszcza domowego. W sposób bardziej nowoczesny stara się ująć sprawy wychowania początkowego. Chmielowski pedagogiką zajmował się w krótkim okresie, ale tendencje nowej pedagogiki w jego opracowaniach ściśle współgrały z najnowszymi teoriami psychologii rozwojowej.
Wiążąc swoje paroletnie doświadczenie pedagogiczne, jako guwerner i nauczyciel domowy, z pogłębionymi studiami w Uniwersytecie Lipskim nad pedagogiką i psychologią, opublikował w 1874 roku obszerne studium „Co wychowanie z dziecka zrobić może i powinno" w którym omówi najnowsze metody badania rozwoju psychicznego dziecka i wykorzystanie ich w procesie nauczania i wychowania (przedstawia podstawowe cele wychowania; funkcje nauczania domowego - uzyskanie podstawowego wykształcenia, przeciwdziałanie wpływom rusyfikowanej szkoły).
Mówił dużo o wychowaniu w domu, odnośnie rodziców, opiekunów, nauczycieli, guwernerów. Wychowanie pierwotne powinno być takie, aby chroniło dzieci od późniejszych niekorzystnych wpływów.
Rozwinął system nauczania opartego na samokształceniu.
Obok drobniejszych prac zamieszczanych w „Opiekunie Domowym", w których omawia problemy związane z trafności wyboru zawodu i trudnościami wychowawczymi, na uwagę zasługuje broszura pt. „Poezja w wychowaniu" poświęcona miejscu i roli czynników artystycznych w procesie wychowania.
Zajmowała go także metodyka nauczania literatury {„Metodyka historii literatury polskiej" skierowana do nauczycieli, którym poddaje wskazówki dotyczące korzystania ze źródeł i podręczników). Badał przede wszystkim związki między twórczością danego pisarza a środowiskiem jego życia. M.in. monografie: ,,Adam Mickiewicz", ,Józef Ignacy
Kraszewski", „Poeci polscy, Nasi powieściopisarze", „Dzieje krytyki literackiej w Polsce". Podsumowaniem jego wieloletniej pracy była sześciotomowa „Historia literatury polskiej".
Chmielowski żywo zajmował się badaniem dziejów wychowania w Polsce. Jest autorem kilku źródłowych monografii i szeregu szkiców biograficznych zamieszczonych w „Encyklopedii wychowawczej" i w odrębnej książce pt. ,Autorki polskie wieku XIX".
Opublikował prace krytycznoliterackie, m.in.:
0 „Zarys literatury polskiej z ostatnich lat szesnastu" (1881),
0 „ Współcześni poeci polscy" (1895),
0 „Najnowsze prądy w poezji naszej" (1901),
O „Henryk Sienkiewicz" (1901), o „Dramat polski doby najnowszej" (1902),
O „Jan Kasprowicz" (1904).
Także studia i monografie:
O ,Autorki polskie wieku XIX" (1885),
O „Studia i szkice z dziejów literatury polskiej" (tom 1-2, 1886), o „Nasza literatura dramatyczna" (tom 1-2, 1898), o „Metodyka historii literatury polskiej" (1899),
O „Historia literatury polskiej" (tom 1-6, 1899-1900), o „Dzieje krytyki literackiej w Polsce" {1902),
O monografie A. Mickiewicza i J.I. Kraszewskiego.
Liczne podręczniki, np.