陈垣没有受过较为正规的学历教育，更别说现代意义上的高等教育了。他对乡闾的前辈学者陈澧十分钦佩，但后者去世时，他年仅3岁，无缘得其亲授。在后来治学过程中，他也从未受到过名家大师的指点，完全是偶然得读《书目答问》，遂由此入手，进而以《四库提要》为门径，勤奋自学而成为一代史学大师的。
陈垣曾自称其学出于钱大昕，并在自己的《史讳举例·序》写作日期后郑重地署上“钱竹汀先生诞生二百周年纪念日”，以志仰慕之情。他还自撰有《百年史学推瓯北》的联语，瓯北指赵翼，与钱大昕同为干嘉史学的代表人物。治学讲究目录、版本、校勘、辑佚、避讳、辨伪等考据之学，是清代朴学的最大特点。陈垣治学也是恪守这些方法路数的。关于目录学的作用，他晚年总结道：“从目录学入手，可以知道各书的大概情况，这是个门路，可以学会按着目录找到自己需要的图书资料。”对于校勘，他在《通鉴胡注表微校勘篇》中指出“校勘为读史先务，日读误书而不知，未为善学也。”陈垣的这些见解，都不难在清代朴学大家的文集札记中找到相似的议论。
除了清代朴学的影响，陈垣年轻时候学习西医的经历对日后的史学研究也产生了潜移默化的作用。生理学、人体解剖学等课程，无疑给了他方法论上的启示。他在弃医治史近二十年后一封家信中说：“余今不业医，然极得医学之益，非只身体少病而已。近二十年学问，皆用医学方法也。有人谓我懂科学方法，其实我何尝懂科学方法，不过用这些医学方法参用干嘉清儒考证方法而已。”
尽管陈垣史学研究涉略的领域相当广泛，但最能体现他在干嘉史学与新史学两者之间的承上启下、继往开来的关系的，还是那些包括目录学、年代学、史讳学、校勘学、史源学在内的历史文献学方面的研究。他这一方面的研究成果，不仅是清代朴学在这些历史文献学分枝学科上既有方法的成功运用，而且更是对这些史料学分枝学科上清代朴学既有业绩和方法的集大成的总结，在目录学方面，陈垣的代表性论着有《敦煌劫余录》、《中国佛教史籍概论》、《道家金石录》。1930年编成的《敦煌劫余录》是参照传统目录学着录方式最先完成的大规模有系统的敦煌汉文文献的专题目录。1942年完稿的《中国佛教史籍概论》则改造了传统提要目录的体式，将六朝以来史学必需参考之佛教史籍，分类述其大意，以为史学研究之助；郭沫若推为《高级目录学》，或即是因为该录不仅仅包含了传统提要目录的一般内容，还挑明了所著录的各佛教史籍的得失、特色及其在史学上的利用价值。
陈垣在年代学上也有三部专著传世，即《二十史朔闰表》、《中西回史日历》、《释氏疑年录》。《史讳举例》是陈垣在史讳学方面总结性的著作。早在洪迈、王楙、王观国、周密等宋人学术札记中就颇有历朝避讳的记载；及至清代，顾炎武的《日知录》、钱大昕的《十驾斋养新录》与《廿二史考异》、赵翼的《陔余丛考》和王鸣盛的《十七史商榷》等对史讳有特别的着录或论释，但都未能作系统的整理。陈垣“意欲为避讳史作一总结束，而使考史者多一门路一钥匙”，广搜历代避讳实例，参伍错综，期无余蕴，区分讳例为82类，著成这部不刊之作。在校勘学领域里，陈垣有三部代表作。如果说《沈刻元典章校补》是以传统校勘方法整理史籍的具体实践，那么，《元典章校补释例》（后改称《校勘学释例》）便是对清代以前传统校勘方法完整系统的科学总结，而《旧五代史辑本发覆》则是将校勘学方法运用于史学研究的成功个例。
由于陈垣将清代朴学中关于目录、版本、校勘、辑佚、避讳、辨伪等考据之学融会贯通，灵活运用，熔铸成自己的史料考证学，因而无论在史料发掘，还是在史实考辨上，都取得了无让甚至超过干嘉史学的卓越成就。
