חלק ניכר מעבודתו של צבי גרפונקל עניינה בגאולוגיה של ארץ-ישראל והמרחב שלה ואת יתרת מחקריו הקדיש לנושאים גלובליים יותר. חלק ממחקריו בוצעו בשיתוף פעולה עם עמיתים ותלמידים. פרסם כ-100 מאמרים.