Круг научных интересов Н. А. Катагощиной был очень обширным: история и фонология романских языков, фонетика современного французского языка, его словообразование. Н. А. Катагощина — автор более пятидесяти научных трудов, главный из которых — монография «Особенности фонологической системы современных иберо-романских языков (португальского, каталанского и испанского)» (1970; переизд. в URSS), а также учебников и учебных пособий: «История французского языка» (переиздавалась трижды), «Лексико-грамматические и фонетические комментарии к текстам по истории французского языка», «Именные и глагольные грамматические категории в русском и французском языках».