В 1933 году А.Ф. Капустинский сформулировал «второй принцип» кристаллохимии. Ученый предложил уравнение энергии решетки, известное под названием «уравнения Капустинского», разработал термический метод определения ионных радиусов, экспериментально установил «эффект изотопии» для энергии решетки, предложил теорию теплоемкостей и энтропий ионов в растворах. А.Ф. Капустинский занимался определением термодинамических характеристик сульфидов и оксидов металлов, изучил эмиссии электронов с поверхности никелевой проволоки. Для измерения малых изменений давлений газов ученый применил манометр, в котором давление отмечалось положением капли ртути, передвигающейся в горизонтальном капилляре. Полученные данные способствовали нахождению оптимальных условий получения металлов из руд. Среди трудов по кристаллохимии и химической термодинамике особое значение имеют работы по физической химии металлургических процессов, определениям теплоты образования неорганических соединений. Среди его книг: «Физика металлургических процессов» (1933), «Термодинамика реакций и ее применение в металлургии» (1935), «Очерки по истории неорганической и физической химии в России» (1949).