Bartholin er særlig kjent for å ha samlet kildeskrifter til Nordens historie. Han sørget blant annet for at det systematisk ble innsamlet gamle håndskrifter på Island, og han oppfordret alle biskopene i Danmark-Norge om å lete etter gamle brev og bøker i sine bispedømmer. Samlingene hans til dansk og norsk kirkehistorie ble innbundet i en rekke bind som kalles . Det var også Bartholin som oppdaget islendingen Arne Magnussen og tok hjelp av ham ved ordningen av samlingene.