Н. В. Туманина — автор многих работ, посвященных истории русской и советской музыки. Она была редактором фундаментального труда «История русской музыки» (т. 1–3), участвовала в создании коллективного труда «История русской советской музыки» (т. 2–4). Ею были написаны многочисленные статьи, в том числе о творчестве выдающихся композиторов М. П. Мусоргского, М. И. Глинки, С. И. Танеева. Но главным научным трудом Н. В. Туманиной стало изучение творчества П. И. Чайковского, которому она посвятила книги «Оперное творчество Чайковского», «Чайковский и музыкальный театр», «Чайковский: Путь к мастерству», «Великий мастер».