В область научных интересов М. М. Розенталя входили диалектический материализм, эстетика, история философии. Он исследовал диалектику, рассматривая ее в общей системе философского знания; показывал плодотворность применения к анализу сложных систем социальной реальности принципа единства логического и исторического и принципа восхождения от абстрактного к конкретному; много внимания уделил изучению конфликтности и противоречивости социального развития. Автор книг «Материалистическая диалектика» (1937), «Вопросы эстетики Г. В. Плеханова» (1939), «Философские взгляды Н. Г. Чернышевского» (1948), «Марксистский диалектический метод» (1951), «Принципы диалектической логики» (1960), «Ленинская теория познания и ее современное развитие» (1961), «Диалектика ленинского исследования империализма и революции» (1976) и других.