פינקלשטיין כתב על מגוון נושאים, ביניהם הארכאולוגיה של תקופת הברונזה ותרומת מדעי החיים והמדעים המדויקים לארכאולוגיה, אולם חלק ניכר מעבודתו הוקדש לתקופת הברזל בלבנט ובעיקר להיסטוריה של ישראל הקדום.
בשנת 1984 פרסם פינקלשטיין מאמר בו טען שההתנחלות של שבטי ישראל החלה בעיקרה באזור אפרים ומנשה וכי רק מעטים מהמתנחלים הראשונים התיישבו באזורי יהודה, השרון והגליל. בהמשך המאמר העריך פינקלשטיין את האוכלוסייה הישראלית במאה ה-11 לפני הספירה בכ-55,000 נפש ובכ-20,000 נפש בלבד במאה ה-12 לפני הספירה. פינקלשטיין טען שממצאים אלו תואמים את האסכולה הסוברת שהתנחלות השבטים הייתה התיישבות איטית של נוודי מדבר.
אף שהוא מקבל את קיומו ההיסטורי של דוד (בין היתר בגלל כתובת תל דן מהמאה התשיעית לפני הספירה בה מוזכר בית דוד כשמה של ממלכת יהודה), פינקלשטיין אינו מקבל כי הייתה ממלכה מאוחדת בראשותו עקב דלותה של יהודה וירושלים בתקופתו. דווקא למלוכת שאול הוא מוצא סימנים בכתובת פרעה שושנק (שישק) המתארת את מסעו באזורי ההר המופיעים בסיפורי שאול.
לשיטתו של פינקלשטיין חלק גדול מהתנ"ך נכתב בממלכת יהודה במאה השביעית לפנה"ס למען מטרות פוליטיות ודתיות של בני התקופה, בפרט הרצון לשלב את פליטי ממלכת ישראל החרבה בתוך ממלכת יהודה. בשל כך, על אף שהוא משלב מיתוסים קדומים מיהודה ומישראל, לא ניתן לקבל אותו כעדות היסטורית מהימנה לתקופות קדומות יותר.
התהוות ישראל הקדום.
התאוריות הקלאסיות על ראשית ישראל תיארו אירוע חד-פעמי, יוצא דופן בהיסטוריה של האזור, אך פינקלשטיין הציע שהיה זה תהליך ארוך ומעגלי. הוא הראה שגל ההתיישבות בחבלי ההר בתקופת הברזל א (1150–950 לפסה"נ לערך) היה השלב האחרון בסדרת התפתחויות דמוגרפיות כאלה – הראשונה התרחשה בתקופת הברונזה הקדומה והשנייה בברונזה התיכונה. בתקופות שבין הגלים האלה הייתה פעילות התיישבותית דלה. התנודות האלה, לדעתו של פינקלשטיין, מייצגות שינויים ברצף שבין התיישבות קבע לנוודות פסטורלית, שנגרמו כתוצאה מדינמיקות כלכליות-חברתיות ופוליטיות. משום כך חלק ניכר מן האנשים שהתיישבו בחבלי ההר בראשית תקופת הברזל היו נוודים-פסטורליים מקומיים; אחרים היו יושבי קבע ממקומות אחרים, שעברו להרים לאחר התמוטטות החברה של תקופת הברונזה בעקבות תקופה ארוכה של יובש בסביבות 1250–1100 לפסה"נ ונסיגת מצרים מכנען במחצית השנייה של המאה ה-12 לפסה"נ. הקבוצות האלה יצרו לבסוף את הממלכה הצפונית של ישראל ואת ממלכת יהודה, ולפיכך ניתן לכנות אותם "ישראלים" כבר בראשית תהליך ההתיישבות שלהם. אותו הדבר ניתן לומר על תהליך ההתיישבות בן אותו הזמן בעבר הירדן ובמערב סוריה, שהביא להיווצרותן של מואב, עמון והממלכות הארמיות.
פינקלשטיין מתייחס לתיאור המקראי של כיבוש כנען בספר יהושע כחיבור אידאולוגי של המחבר הדויטרונומיסטי בשלהי המאה השביעית לפסה"נ, שתיאר את "הכיבוש העתידי" של המלך יאשיהו מיהודה ולא אירוע היסטורי בסוף תקופת הברונזה. הוא הציע שהתיאור המקורי של הכיבוש הגיע מממלכת ישראל הצפונית כבר במאה השמינית לפסה"נ, והושפע מזיכרונות הזעזועים שפקדו את החבלים הנמוכים בסוף תקופת הברזל א (המאה העשירית לפסה"נ) ולא אלו של סוף תקופת הברונזה (שלהי המאה ה-12 לפסה"נ).
הכרונולוגיה הנמוכה.
עד שנות התשעים של המאה ה-20 הייתה הכרונולוגיה של תקופת הברזל בלבנט מעוגנת בתיאור המקראי של הממלכה המאוחדת הגדולה של דוד ושלמה. בהתאם לכך הסתיימה תקופת הברזל א בערך בשנת 1000 לפסה"נ, ותקופת הברזל ב1 תוארכה משנת 1000 עד למסע המלחמה של פרעה ששונק (שישק המקראי) בשנת 925 לפסה"נ בערך. שני ארמונות מתקופת הברזל ב1 במגידו נחשבו לביטוי החומרי של האימפריה של שלמה. בעת שהתכונן לחפירות במגידו בראשית שנות התשעים הבחין פינקלשטיין בקשיים בסכמה הזאת. הקושי העיקרי היה הופעתם של מאפייני תרבות חומרית דומים בתל מגידו, בשכבה שתוארכה לימי המלך שלמה באמצע המאה העשירית לפסה"נ, ובתילים שומרון ויזרעאל, בהקשרים שתוארכו לימי שושלת בית עמרי, מלכי ישראל בראשית המאה התשיעית לפסה"נ. כדי לפתור את הקשיים האלה הציע פינקלשטיין "להנמיך" את התאריכים של שכבות תקופת הברזל בלבנט בכמה עשורים.
לפי הכרונולוגיה הנמוכה של פינקלשטיין נמשכה תקופת הברזל א עד אמצע המאה העשירית לפסה"נ, ואילו תקופת הברזל ב1 תוארכה בין אמצע המאה העשירית לשנת 800 לפסה"נ או מעט לאחר מכן. זה מעיד שהארמונות במגידו ומאפיינים אחרים שיוחסו באופן מסורתי לזמנו של המלך שלמה – מאפיינים שמתוארכים לשלהי תקופת הברזל ב1 – יש לשייכם לימי שושלת בית עמרי במחצית הראשונה של המאה התשיעית לפסה"נ. ויכוח גדול החל. החל מסוף שנות התשעים התמקד הדיון בפרשנות של תיארוכי פחמן 14 לממצאים אורגניים מאתרי מפתח כמו תל רחוב ומגידו. בדיקות הפחמן-14 הציבו את המעבר מתקופת הברזל א לתקופת הברזל ב1 באמצע המאה העשירית לפסה"נ (במקום בשנת 1000 לפסה"נ כפי שהוצע בעבר), ואת המעבר מתקופת הברזל ב1 ל-ב2 בראשית המאה השמינית לפסה"נ (ולא בסביבות שנת 925 לפסה"נ).
פינקלשטיין עסק גם בכרונולוגיה של קרמיקה פלישתית מתקופת הברזל א. התאוריה המסורתית תיארכה את הופעת הקרמיקה הפלישתית – וכך את ההתיישבות הפלישתית במישור החוף הדרומי של הלבנט – בהתאם לעימותים בין רעמסס השלישי לבין גויי הים בראשית המאה השתים-עשרה לפסה"נ. במילים אחרות, קרמיקה פלישתית מופיעה במהלך השלב האחרון של השלטון המצרי בכנען. פינקלשטיין הציע שהקרמיקה החד-גונית מתוצרת מקומית הידועה מכמה אתרים בפלשת, שנחשבה בדרך כלל למייצגת את השלב המוקדם ביותר של ההתיישבות הפלישתית, צריכה להיות מתוארכת לתקופה שאחרי הנסיגה של מצרים מכנען בשנות השלושים של המאה השתים-עשרה לפסה"נ.
לדעתו של פינקלשטיין, התיאור המקראי של ימי דוד ושלמה הוא רב-שכבתי. הוא מקבל את מייסדי שושלת בית דוד כדמויות היסטוריות מן המאה העשירית לפסה"נ, וסובר שתיאור עליית דוד לשלטון עשוי להכיל זכרונות קדומים של פעילותו כמנהיג קבוצת עקורים (עפירו) שפעלה בשוליים הדרומיים של יהודה. עם זאת, הוא רואה בתיאור של הממלכה המאוחדת הגדולה מבנה אידאולוגי שמייצג מגמותיהם של מחברים מתקופת המלוכה המאוחרת במאה השביעית לפסה"נ, בעיקר את האידאולוגיה הכל-ישראלית מימי יאשיהו מלך יהודה. לפי השקפתו, דוד ושלמה ההיסטוריים שלטו על טריטוריה קטנה בחבל ההר הדרומי – טריטוריה שאינה שונה מאוד מזו של ירושלים בתקופת הברונזה המאוחרת. פינקלשטיין מפרש חלק ניכר מתיאור המלך שלמה במקרא כמייצג מציאות של תקופת המלוכה המאוחרת: חלקו מסוף ימי הממלכה הצפונית (למשל, ההתייחסות למגידו, לחצור ולגזר במלכים א ט ט"ו, ולאורוות, לסוסים ולמרכבות של שלמה), וחלקו מימי מנשה מלך יהודה בראשית המאה השביעית לפסה"נ, תחת שלטון אשורי (למשל, הביקור של מלכת שבא בירושלים). גם תיאור הפלשתים במקרא מייצג לדעתו את המציאות בפלשת בתקופת המלוכה המאוחרת.
"כנען החדשה".
בעקבות תוצאות החפירות במגידו טען פינקלשטיין שהתרבות החומרית של תקופת הברזל א בעמקים הצפוניים ממשיכה את תרבות תקופת הברונזה המאוחרת. במילים אחרות, לאחר שבסוף המאה השתים-עשרה התמוטטו ערי המדינה שהיו תחת שלטון מצרים בתקופת הברונזה המאוחרת, הייתה תחייה של כמה מאותם מרכזים ועלייה של אחרים בתקופת הברזל א. הוא כינה את התופעה הזאת "כנען החדשה". בהתאם לכך, השבר הגדול בתרבות החומרית בכנען התרחש בסוף תקופת הברזל א, במאה העשירית, ולא בסוף תקופת הברונזה המאוחרת. פינקלשטיין קישר את ההרס האלים של ערי המדינה שקמו לתחייה להתפשטות של תושבי חבל ההר (ישראלים קדומים). הוא הציע שזכרונות של האירועים שהתחוללו בחבלי העמקים בשלהי תקופת הברזל א נשמרו במסורות הצפוניות על התנגשויות עם ערים כנעניות שמופיעות בסיפורי הגבורה בספר שופטים.
הממלכה הצפונית.
פינקלשטיין עסק בכמה נושאים הקשורים לארכאולוגיה ולהיסטוריה של ממלכת ישראל. הוא הציע שיישות פוליטית טריטוריאלית ראשונה בישראל הצפונית התפתחה בבמת גבעון-בית אל בסוף תקופת הברזל א וראשית הברזל ב-1. עדות לכך, לדעתו, היא מערכת האתרים המבוצרים בני הזמן, כמו תל א-נצבה, ח'רבת דווארה, א-תל (העי) וגבעון. עדות היסטורית לקיומה של הישות הזאת נמצאת בתיאור מסע המלחמה של פרעה ששונק א לאזור הזה באמצע המאה העשירית לפסה"נ או במחצית השנייה שלה. לפי פינקלשטיין, זכרונות חיוביים של בית שאול המופיעים במקרא מייצגים את הישות הישראלית המוקדמת הזאת. הוא הציע שהיישות הישראלית הצפונית הזאת שלטה על חלק ניכר מן הטריטוריה של ההרים, ולכן היא איימה על האינטרסים של השושלת המצרית ה-22 בכנען ונכבשה במהלך המסע של המלך ששונק א.
פינקלשטיין טוען שבימיה הראשונים שלטה הממלכה הצפונית (ירבעם ויורשיו) על הרי שומרון, על המורדות המערביים של הגלעד ועל אזור עמק יזרעאל. היא התפשטה צפונה במהלך שלטון בית עמרי, במחצית הראשונה של המאה התשיעית לפסה"נ, ויותר מכך בתקופת ירבעם ב, במחצית הראשונה של המאה השמינית לפסה"נ. פינקלשטיין תיאר את המאפיינים המיוחדים של "הארכיטקטורה של בית עמרי", ויחד עם צוות החפירה של מגידו עסק בנושאים שונים הקשורים לתרבות החומרית של הממלכה הצפונית, כגון תעשיית מתכת ונוהגי פולחן.