שד"ל אהב את הלשון העברית כלשון הקודש העולה על כל הלשונות, חיבר שיר בשבחה, והשתדל לדבר ולכתוב בעברית. הוא העביר את שיעוריו בעברית, וגם את כתביו התאמץ להוציא לאור בעברית בלבד (מה שלא תמד עלה בידו במקומות בהם היו מעט קוראי עברית). הוצאתו לאור של פירושו ותרגומו לספר ישעיהו, עבודה ששד"ל ייחס לה חשיבות רבה, התעכבה כי שד"ל ביקש להדפיסה בעברית בלבד. את ספריו בשפות אחרות הוציא שד"ל רק מחוסר ברירה. בהשפעתו, הוכנסו לבית המדרש לרבנים כללים המחייבים את המורים ללמד לפחות חלק משיעוריהם בעברית, לימוד חובה של ספרות עברית חדשה, ובחינות ההסמכה לרבנות כללו מבחן על פה בעברית בלבד, וחיבור בעברית מודרנית. בעיניו הייתה העברית לשון לאומית, ולא רק לשון ספר ותרבות. כשכתב לו רש"ר הירש מכתב בגרמנית, נזף בו שד"ל בשיר:
רבים רואים בשד"ל את אחד מאבותיה של השפה העברית המודרנית. השפה בה כתב שד"ל את חיבוריו נאה וברורה, והיא נקראת בקלות ובבהירות גם היום. צורה זו של כתיבה בהירה ונאה אינה אופיינית כלל לחיבוריו של שד"ל באיטלקית; חיבורים אלו כתובים בשפה כבדה ואינם נוחים לקריאה. כאשר נדרש בתחילת המאה העשרים תרגום חדש של הסידור לאיטלקית, נאלצו המוציאים לאור לתרגם את הסידור מחדש, על בסיס תרגומו של שד"ל.
יחסו לעלייה לארץ ישראל.
שד"ל התבטא פעמים מספר על יחסו החם לשיבת ציון ויישוב הארץ. במכתב לאברהם כהן משנת 1854 משבח שד"ל את העלייה לארץ ישראל, מטיף לחקלאות ועבודת כפיים, ומדבר על בתי דין יהודיים שיפסקו בהתאם לתורת ישראל. באיגרת אחרת, משנת 1848, מדבר שד"ל על כך שאין תקוות הלאומיות היהודית בעצמאות מדינית בלבד, אלא בעצמאות רוחנית, של התפתחות התרבות היהודית והתורה. לדעתו, כיבוש הארץ הוא כיבוש של תפילה ועבודה רוחנית, ולא רק כיבוש של עבודה והשתלטות.
למעשה, אין לראות באף אחד ממכתביו הוראה מעשית, שכן שד"ל לא ראה עצמו כרב, ולא נהג להורות הלכה למעשה בשום נושא הלכתי. יש לראות במכתבים אלו ביטויים שונים של השקפתו הלאומית, שיש הרואים בה את ניצניה הראשונים של הציונות הדתית.
בהתאמה להשקפותיו אלה, הסתייג שד"ל מקבלת אמנציפציה ליהודים, וסבר שאין תועלת, וגם אין תוחלת, בפעולה להשתלבות היהודים בעמי אירופה ולהתבוללות.
יחסו לרפורמה.
שד"ל התייחס בחריפות לשינויים בהלכה אותם הנהיגו אנשי היהדות הרפורמית. את הסמכות שנותנת התורה לחכמים ראה כסמכות לפרש את התורה בלבד אך לא לשנות את חוקיה, כמו שפירשו אותה הרפורמים. לדבריו, לא ניתן לנסח קובץ חוקים כך שיענה על כל הבעיות האפשריות, והסמכות של החכמים אמורה לענות על בעיה זו. לדבריו של שד"ל, הדעות השונות הניתנות בתלמוד הן כדי לאפשר פסיקה המתאימה לכל מקרה לגופו. בעניין זה מבקר שד"ל את הרמב"ם על כך שערך את משנה תורה, וטוען שאין מקום לפסיקה נוקשה אחרי התלמוד. שד"ל מאפשר הוספת חוקים במקרים שיש בכך צורך. לגבי חרם דרבנו גרשום כתב שדבר כזה אפשרי בכל זמן, אם יש לכך צורך אזרחי, חברתי או כלכלי. גם לגבי התפילות ציין שייתכן שאפשר להוסיף תפילות לשלום המלכות או תפילות בשפות אחרות.
בנוסף לפארודיה המוקדמת "אל הערים הנידחות", תקף שד"ל בשנות ה-40 את הרעיון הרפורמי של שליחות ישראל להפיץ מוסר בעמים ואת הפירוש-מחדש שלהם למשיחיות כעניין אוניברסלי, שאינו כרוך בשיבה לציון. בדומה לבן דורו שמשון בן רפאל הירש, למרות תמיכתו במחקר מדעי, ראה בדת בבסיסה דבר שמעבר להשגת אנוש ושאינו יכול להישפט באופן רציונלי. שד"ל הצביע על האמונה בתורה מן השמים ובקיומו של מעמד הר סיני, על אף הסתייגותו מנושא עיקרי האמונה, כיסוד שאי-אפשר לעבור עליו מבלי לצאת מן הגדר. על רקע זה נבעה התנגדותו המוחלטת לביקורת המקרא, אף שלעיתים נדירות הסכים כי נפלו טעויות קטנות באיות מילים. הוא החליט ללמד את הנושא בבית-המדרש לרבנים בפדובה מטעמים של "דע מה שתשיב לאפיקורס". ב-1831 כתב על יצחק מרדכי יוסט, כשזה פרסם מאמר בו אימץ את מסקנותיו של מבשר השערת התעודות וילהלם מרטין לברכט דה וטה: "שנאתי מאסתי את יאסט... אויב ה' וצורר היהודים." ב-1836 כתב לאברהם גייגר הצעיר כי ההכרה בכך ש"התורה יצאה מידי משה" היא יסוד האמונה, ומי שפועל לערער אותה שקול לרוצה "להשמיד, להרוג ולאבד את היהודים" והטיל ספק בכך שיוכל לשמור עמו על יחסים תקינים. הוא תקף גם את צבי גרץ כשהלה כתב כי התלמוד הבבלי נעלה על הירושלמי הואיל וספח השפעות זרות.
פועלו.
מלבד מלאכת ההוראה, עסק שד"ל רוב ימיו במחקר ובכתיבה. שד"ל כתב פירושים למקרא, ועבודות מחקר מפורטות בתחומי הבלשנות, הספרות והביבליוגרפיה. את מחקריו הוציא לאור בספרים, אך חלקם הגדול מפוזר באיגרות ובמאמרים בכתבי עת, או שלא יצא לאור כלל. בחקירותיו התפרס על פני מקצועות רבים ביהדות ובתולדות ישראל, ואף קרא על עצמו בפרפרזה על אמרתו של פובליוס טרנטיוס אפר: "Judaeus sum, Judaici nihil a me alienum puto" ("יהודי אני, ושום דבר יהודי אינו זר לי").
תרגומיו ופירושיו למקרא.
פירושיו של שד"ל למקרא הם ממפעליו החשובים ביותר. כבר בהיותו כבן שמונה, ראה שד"ל צורך בחיבור פירוש חדש למקרא, ורוב עבודות המחקר שלו מכוונות למטרה זו.
פירושיו הם בדרך הפשט, ומבוססים על הבנת רוח הקדמונים, שקדנות, על לימוד מפרשים קודמים, ועל הגיונו תוך דקדוק בדרכי לשון הקודש. לדוגמה, פירושו לספר ישעיהו חובר נדבך נדבך. הוא היה הוגה ארוכות בפירוש לפסוק בזיקה לפירושי המפרשים, עד שמסכים בדעתו מה הפשט, ומסדר את מחשבתו במילים, ובשיעור דן בפירושו עם תלמידיו. כך היה עושה פסוק פסוק, וחוזר על הספר כולו כמה פעמים.
בפירושיו הוא מכריע בין מפרשים שקדמו לו, או מפרש פשט חדש תוך שחולק על מפרשים קודמים או גם באופן שלא בהכרח תואם את פרשנות חז"ל, לעיתים אף משתמש בפרשנות חיצונית כמו תרגום השבעים, הירונימוס וחוקרים נוצרים אחרים, וכן בפרשנים בני דורו, כמו משה מנדלסון והרץ הומברג, ולפעמים גם בפירושי תלמידיו, לפי הכלל: קבל את האמת ממי שאמרה.
שד"ל עצמו מסביר את השימוש שהוא עושה בכתביהם של פרשנים וחוקרים נוצריים בכך שהוא משתמש בהם לשלוש מטרות: לדחות את פירושיהם שאינם נכונים, ורבים נמשכים אחריהם, להראות שרוב פירושיהם הנכונים לקוחים מפרשנים יהודים, ואם ימצא בהם דבר נכון שאינו מוזכר במקומות אחרים, הוא מביאו בשם אומרו שכן "האמת לבדה היא מגמתי, ואמונתנו, תודה לאל, אינה מפחדת מהאמת".
את פירושיו למקרא מבסס שד"ל על עשרה יסודות, אותם הוא מזכיר בהקדמה לפירושו לישעיהו:
ביסודות אלו חולק שד"ל הן על רוב הפרשנים המסורתיים - שראו בעין רעה מחלוקת על הראשונים, ושללו כמעט לחלוטין פירוש בניגוד לדעת חז"ל, והן על פרשני תנועת ההשכלה - שניסו לפרש את המקרא לפי הנחות היסוד שלהם, ולא לפי הנחות היסוד של כותבי הספר. ביסוד השישי, וכן מוזכר הנושא ביסוד השמיני, מבקר שד"ל את המנסים לפרש את המקרא בלי ידיעה מספקת בלשונו, ביניהם הוא מזכיר בפירוש את משה מנדלסון.
במחקריו הפרשניים מוכן שד"ל לקבל כל תוצאה אובייקטיבית. מחד גיסא, שולל שד"ל את חלוקתו של ספר ישעיהו לשני נביאים, ומאידך גיסא, סובר שלא ייתכן כי שלמה כתב את מגילת קהלת. בפירושיו לנ"ך ניתן למצוא הערות רבות הנוטות לביקורת המקרא הנמוכה (בהם משנה שד"ל לעיתים את מקומה של אות במשפט, אך לא מוסיף או מחסיר אותיות), אם כי בפירושיו לתורה שנכתבו מאוחר יותר נמנע שד"ל מפירושים כאלה.
בפירושיו מרבה שד"ל לצטט פירושים מאביו ומתלמידיו, להתפלמס עם פרשנים אחרים, ולעיתים רבות חוזר בו מפירושים אותם כתב במקומות אחרים.
הספר הראשון עליו ערך שד"ל פירוש, היה ספר ישעיהו, שיצא עם תרגום איטלקי בשנת 1851, ואחריו יצאו בשנת 1856 פירושים לירמיהו, יחזקאל, משלי ואיוב. פירושיו לתורה יצאו לאור בצורה מקוטעת בספר בשם "המשתדל" בשנת 1847, ואחר כך במהדורה שלמה יותר, עם תרגום לאיטלקית בשנת 1861. פירושיו לתורה לא נערכו מעולם כספר שלם, אלא סודרו מתוך רשימות של שיעוריו בבית המדרש לרבנים. כמו כן, פירש שד"ל את מגילת קהלת, וכתב פירוש על שני פרקים בתהילים. קטעי פרשנות אחרים מפוזרים בין שאר כתביו, איגרותיו הרבות, ומחקריו הספרותיים והבלשניים.
מחקר.
בתחום המחקר עסק שד"ל בשלשה נושאים עיקריים: דקדוק, בלשנות, וספרות. את מחקריו ערך שד"ל למטרות של פירוש המקרא - עבודתו העיקרית.
שד"ל עסק הרבה בדקדוק של לשון הקודש, מה שנדרש הן עבור פירוש המקרא והן לצורך לימוד עברית לתלמידיו. הוא כתב ספר מקיף בלשון איטלקית על דקדוקה, שלא תורגם לעברית. ההקדמה לספר תורגמה על ידי חיים קסטיליוני לחוברת בשם "תולדות לשון עבר", אברהם כהנא עיבד וסיכם את הספר כולו לספר "דקדוק לשון עברית: אטימולוגיה / שד"ל". ספרו של שד"ל "בית האוצר" כולל הבחנות מעמיקות על הוראות מילים נרדפות בעברית, והשפיע על הספר "יאיר אור" של המלבי"ם. הערות דקדוקיות רבות מפוזרות בשאר חיבוריו ובאגרותיו. שד"ל רצה להוציא לאור מילון חדש של השפה העברית. במחקריו בתחום המילונאות שנעשו לצורך כך עסק שד"ל בסמנטיקה, אטימולוגיה ומורפולוגיה. כן עסק שד"ל בתולדותיהם ובספריהם של מדקדקי העברית בימי הביניים.