Курнаков занимался изучением свойств комплексных соединений, открыл целый ряд новых соединений платины, установил закономерности, позволяющие определить внутреннее строение некоторых комплексных соединений двухвалентной платины. Изучение систем, образованных разными веществами (в частности, сплавов), привело его к созданию нового раздела химии – физико-химического анализа. Построенные Курнаковым химические диаграммы «состав – свойство» отражали процесс превращений в сложных системах. Особенно удачным объектом оказались металлы и их взаимные сочетания. Их изучение показало, что металлы при разных сочетаниях проявляют большое разнообразие в характере взаимодействия и образуют механические смеси, твердые растворы либо химические соединения. Комбинация этих основных случаев дает все разнообразие встречающихся в практике металлических систем. Установленные Курнаковым зависимости открыли путь к рациональному подбору металлических материалов, с тем чтобы получать системы с заранее заданными свойствами (электропроводностью, твердостью, давлением истечения и т.д.). Изучая состав сплавов, Курнаков (совместно с С.Ф.Жемчужиным) обнаружил в них образование фаз (соединений) переменного свойства, существование которых допускал К.Бертолле. Эти соединения он предложил называть бертоллидами в отличие от дальтонидов, подчиняющихся закону постоянства состава Пруста и закону кратных отношений Дальтона. Учение Курнакова о бертоллидах легло в основу современной химии твердого и жидкого состояний.

Построение диаграмм «состав – свойство» нашло широкое распространение при исследовании не только металлических сплавов, но и солей, органических веществ, руд, грязей и солевых отложений. Веденный Курнаковым «коэффициент метаморфизации», положенный в основу классификации соляных озер, широко применяется до настоящего времени. Подход, разработанный Курнаковым, способствовал созданию технологии выделения глауберовой соли из вод залива Кара-Богаз-Гол, помог понять природу процессов, протекающих в природных водоемах, установить причины образования соляных озер. Курнаков изобрел также самопишущий пирометр, значительно облегчивший термический анализ.

Исследования Курнакова способствовали созданию новых производств: выплавке алюминия и магния, легких сплавов, сплавов высокого электрического сопротивления, развитию калийной промышленности и т.д.

Умер Курнаков в с.Барвиха Московской области 19 марта 1941.