Oseen var en produktiv forsker og forfatter, også populærvitenskapelig. Han fornyet hydrodynamikken blant annet gjennom den «asymptotiske teorien» som tok hensyn til væskenes indre friksjon. Hans teorier ble videreutviklet av blant andre Nils Zeilon og Hilding Faxén. Oseen la også grunnlaget for elastisitetsteorien for flytende krystaller og ga sammen med Horace Lamb navn til Lamb-Oseen-virvlene.