Главные труды М. Х. Карапетьянца относились к исследованиям в области химической термодинамики. В 1953–1965 гг. он совместно с В. А. Киреевым развивал общую теорию методов сравнительного расчета физико–химических свойств. В 1960–1970 гг. на основе периодического закона Д. И. Менделеева изучал свойства различных индивидуальных веществ и химических растворов, после чего представил их как систему. Автор десятков монографий, учебников, пособий и справочников по химии, более четырехсот научных статей по геохимии, космохимии, органической химии, химии силикатов и т. п.