Работы Мартине относятся к разнообразным областям лингвистической науки. Среди его трудов – Произношение современного французского языка (Prononciation du franais contemporaine, 1945); Фонология как функциональная фонетика (Phonology as a Functional Phonetics, 1949); Функциональный взгляд на язык (А Functional View on Language, 1962) и др. Наиболее известны книги Мартине Принцип экономии в фонетических изменениях (Economie de changements phonetiques, 1955) и Основы общей лингвистики (lments de linguistique gnrale, 1960).

Мартине во многом является продолжателем традиций Пражского лингвистического кружка; в частности, это касается его взглядов на фонологию. Языковые изменения рассматриваются им в системе, с учетом звукового характера языка. Главной движущей силой этих изменений ученый считает «принцип экономии» – стремление человека свести к минимуму свою умственную и физическую деятельность. Эта идея была воспринята Мартине у Петербургской лингвистической школы через посредство Р.Якобсона и подробно разработана на обширном языковом материале. В книге Основы общей лингвистики Мартине развивал идеи Ф. де Соссюра, А.Мейе и пражцев. Язык рассматривается им как общественное явление, а главной его функцией признается коммуникативная. Главным свойством языка Мартине считает так называемое «двойное членение», проявляющееся в том, что любые языковые последовательности могут быть разделены, с одной стороны, на многочисленные значимые единицы – морфемы (монемы, в терминологии Мартине) и слова; а с другой стороны – на немногочисленные чисто формальные единицы – фонемы, не имеющие самостоятельного значения, но обеспечивающие различение значимых единиц. Подавляющее большинство других знаковых систем (иногда считается, что все, но у такой точки зрения есть противники) таким свойством не обладают; они членятся лишь на значимые, двусторонние единицы.