Helt fra han var student, drev Holmboe botaniske studier og foretok hyppige vitenskapelige undersøkelser i Norge og i utlandet. I 1905 var han på Kypros for å studere øyas eiendommelige og mangelfullt kjente flora. Resultatet av studiene offentliggjorde han i et stort antall større og mindre avhandlinger. De fleste behandler plantegeografiske emner. Særlig forsøkte han å bidra til utredning av hvordan Norge fikk sitt nåværende plantedekke. Andre skrifter tok opp planteøkologiske og kvartærgeologiske spørsmål. Han skrev også om diatomeer, orientalske planter og om arvelighetsspørsmål.