Entre sus aportaciones más conocidas figura su famoso desdoblamiento de la noción de “significado” en los dos aspectos que, por lo general, designamos en castellano con los términos ‘referencia’ (en alemán, Bedeutung) y ‘sentido’ (en alemán, Sinn). Con el primer término indicaba la «cosa» significada por el signo de que se trate, y con el segundo, básicamente, la relación de dicho signo con el resto de signos del lenguaje o, al menos, con los más estrechamente relacionados con aquél.

Si bien sus obras fundamentales, Los fundamentos de la aritmética (1884) y Las leyes básicas de la aritmética (1893) contenían un error de base (puesto en evidencia por Russell), los análisis que en ellas se hacen han sido enormemente fecundos para el desarrollo ulterior tanto de las matemáticas como de la lógica.