В область научных интересов Э. Ч. Титчмарша входили ряды и интегралы Фурье, интегральные уравнения, целые функции, теория дзета-функции Римана, разложение по собственным функциям дифференциальных уравнений второго порядка. Он опубликовал около 130 научных работ, 5 монографий, популярную книгу по математике и учебник «Теория функций». Монография «Введение в теорию интегралов Фурье», вышедшая на языке оригинала в 1937 г., стала классическим трудом, до сих пор не потерявшим своего значения.