尼古拉·特斯拉的研究领域包括交流电系统、无线电系统、无线电能传输、球状闪电、涡轮机、放大发射机、粒子束武器、太阳能发动机、X光设备、电能仪表、导弹科学、遥感技术、飞行器、宇宙射线、雷达系统、机器人等等。
交流电系统
交流电，简称为AC。交流电也称“交变电流”，简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。当发现了电磁感应后，产生交流电流的方法则被发现。早期的成品由尼古拉·特斯拉、迈克尔·法拉第与波利特·皮克西等人开发出来。其中，波利特·皮克西在1832年基于迈克尔·法拉第的原理制造了第一台交流电机。
1882年，英国电工詹姆斯·戈登建造了大型双相交流发电机。开尔文男爵威廉·汤姆森与塞巴斯蒂安·费兰蒂开发早期交流发电机，频率介于100赫兹至300赫兹之间。
1891年，尼古拉·特斯拉取得了“高频率”（15,000赫兹）交流发电机的专利。
而1891年后，多相交流发电机被用来供应电流，此后的交流发电机的交流电流频率通常设计在16赫兹至100赫兹间，搭配弧光灯、白炽灯或电动机使用。
尼古拉·特斯拉虽然不是交流电发动机的最早发明者，但其对交流电的的改进如同瓦特对蒸汽机的改进一样，有杰出的贡献。1886年，特斯拉创建了自己的公司，特斯拉电灯与电气制造公司。但是投资商不同意特斯拉关于交流电发电机的计划。在1887年，他组装了最早的无电刷交流电感应马达，并在1888年为美国电气电子工程师学会作了演示。同年，他发展了特斯拉线圈的原理，并且开始在西屋电器与制造公司位于匹兹堡的实验室与乔治·威斯汀豪斯一起工作。威斯汀豪斯听取了他的关于利用多相系统远程传输交流电的想法。
1888年，生买通美国某些州政府官员，把当地死刑由绞刑改为交流电电刑。并雇用小学生，抓猫狗来用特斯拉的交流电做实验，把猫狗电死，来显示特斯拉的交流电的危害，打击特斯拉交流电在人们心目中的地位。
在19世纪80年代末，生推广用直流电来提供电力分配比特斯拉与威斯汀豪斯所推广的交流电来比，更有效果，因此特斯拉与生在一定程度上成为了竞争对手。直到特斯拉发明了异步电动机，交流电远距离高压传输的优点也就体现出来，同时也解决了机器不能用上交流电的问题。由于“电流之战”缘故，特斯拉和威斯汀豪斯几近破产，因此在1897年，特斯拉用自己的专利使用费替威斯汀豪斯缓解了一下危机。
X射线研究
在早期的研究中，特斯拉制定了许多实验来产生X射线。特斯拉认为用他的电路，“我的仪器可以产生的爱克斯光（即X射线）的能量比一般仪器可以产生的要大的多。”
他还谈到用他的电路和单节点X射线产生设备在工作时的危害。在他许多调查这种现象的记录中，他归结了导致皮肤损伤的许多原因。他认为早期的皮肤损伤并不是X射线所引起的，而是臭氧的产生与皮肤接触，和一些亚硝酸接触所致。特斯拉错误地认为X射线是由分离的粒子组成的。
特斯拉完成了一些实验，并先于伦琴证实了他的发现（包括拍摄他的手的X射线照片，之后他将照片寄给了伦琴），但没有使他的发现众所周知，他的大部分研究资料在1895年3月的第五大道一次实验室大火中给烧毁了。
无线能量传输
特斯拉的发电机于1895年被其改进，改进中考虑到了液态空气。特斯拉知道，根据威廉·汤姆森（开尔文）的发现，液态空气重新气化时会吸收的并可以用来驱动东西的热量，要比理论上产生的要更多。
特斯拉早在1891年证实了无线能量传输，特斯拉效应（以此纪念特斯拉）是用来阐述这种类型的电导应用的术语。
1899年，特斯拉迁往科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯，因为那里有可以让他做高频高压实验的地方，并开始在那儿搞研究。在实验室中，特斯拉制造出了人造闪电。特斯拉也有研究大气层电力，观察他用接收器收到的闪电讯号。特斯拉声称他这时观测到驻波。在科罗拉多实验室里，他“记录”到他相信是外太空电波的讯号，不过他的言论和数据被当时的科学界否决了。他提到他接收器的数据中有着重复的讯号，跟他已经提及过的雷电及土壤干扰上得到的讯号本质上很不同。后来，他更明确地重提那些讯号是一组组地出现。特斯拉后来屡次尝试向火星发讯。
无线电发展
在1891年7月31日，35岁的特斯拉加入美国国籍。同年在纽约第五大道建立了自己的实验室。在此之后，他在纽约的休斯顿街建立了自己的实验室。在那里他用机电振荡器进行了机械共振实验，他使周围的一些建筑物产生了共振，引来了警方。
特斯拉结识了美国世纪杂志（The Century Magazine）的编辑罗伯特·安德伍德·约翰逊。与此同时，他也受吠陀哲学（即印度哲学）哲学家辨喜的影响，到后来他接触印度教吠陀思想，以至于特斯拉开始用梵文来命名他的有关物质与能量的基本概念。
当特斯拉36岁时，第一次获得了多相电源系统的专利权。他继续研究了旋转磁场。1892至1894年，特斯拉担任美国电气工程师学会和美国无线电工程师学会的先驱人，也就是后来的电气电子工程师学会。1893年至1895年，他在研究高频交流电。他用圆锥形的特斯拉线圈制造出了百万伏的交流电，他研究了导体中的“集肤效应”，设计了调谐电路，发明了无绳气体放电灯，并无线发射了电能，造了第一台无线电发射机。
人造闪电
1899年，特斯拉在科罗拉多斯普林斯进行研究。在实验室中，特斯拉成功制造出人造闪电。特斯拉通过自己的接收器观察了闪电并研究了大气电。
特斯拉研究如何无线传输能量与电力。他在自己的实验与发现的基础之上通过计算得出地球的共振频率接近8赫兹。20世纪50年代，研究人员证实电离层的空腔谐振频率在此范围之内（后来称之为舒曼共振）。
特斯拉于1900年1月离开了科罗拉多斯普林斯。在科罗拉多的实验为特斯拉下一个计划做好了准备，建立一个无线能量发射设施，也就是后来的沃登克里弗塔。
沃登克里弗塔
1901年，特斯拉开始建造沃登克里弗塔。1902年6月，特斯拉将实验室从休斯顿街移到了沃登克里弗塔。此塔最终在第一次世界大战期间被拆除而报废。
尼亚加拉水电站
如果大家曾到过美国尼亚加拉大瀑布，相信大家都会为这幅壮丽的奇观而发出由衷的赞叹。数以万吨的河水从四方八面汇流，以山崩地裂之势倾泻下来，河水猛然冲击的隆隆声响，令人生畏。在这条川流不息的河流里，蕴藏着意想不到的丰富资源。
1897年，举世知名的尼亚加拉水电站中，第一座10万匹马力的发电站建成，成为35公里外的纽约州水牛城的主要供电来源。其后十多座大大小小的发电站相继建成，每日所生产的电力足以供应美国纽约州和加拿大安大略省总需求的四分之一。至今，这项建成足足超过100年的电力建设仍然运作如常，从未间断地产出天然能源，可谓是人类近百年科学史上的一大奇迹。
这项科学上的百年奇迹，就是天才科学家特斯拉在三十多岁时的一项设计，当运用了他9项专利发明，包括特斯拉所发明的交流电发电机和交流电输电技术。
其实在当时的工商业、公共设置和家用电器，都使用着费用高昂的直流电。因为在电路上的损耗，使用直流电时必须每隔一公里便建设一套发电机组。所以在建造尼亚加拉水电站时，如将电力以直流电方式传送，输电至35公里以外的纽约州水牛城，是不可能的。所以建设尼亚加拉水电站时，美国人采用了特斯拉发明的交流电供、输电技术，用高压电来实现了远距离供电。这项划时代的发明，不仅解决了尼亚加拉水电站作远距离供电的难题，并且带给人们一个既方便又便宜的用电环境。
后来，人们在尼亚加拉瀑布的公羊岛上树立了特斯拉的铜像，以纪念他的贡献。
飞炉与飞碟
1928年，特斯拉的小型飞机“飞炉”专利（1655114号专利，空中运输装置）获批，但因为缺乏研制费用而没能制成样机。在现代技术文献中，这种根据特斯拉设计出来的飞机衍生而出的后代被称为垂直起落飞机（VTOL）。
特斯拉还曾设计一种”没有机翼，没有副翼，没有螺旋桨，没有其他外部装置的飞机“。”它的飞行速度极高，完全通过反作用实现续航和驱动，既可以通过机械方式又可以通过无线方式来控制，安装一定装置后，可以发射导弹非常精确地击中数千英里之外的预定目标”。但是特斯拉的碟状飞行器也仅有设计图，没有成型品。
世界系统
世界系统是特斯拉经过长期持续的研究和试验获得的几项独创性发现的综合成果。这个系统不仅可以通过无线传输方式瞬间精确地将任何类型的信号、信息、文字传递到世界的任何一个角落，而且可以在不改动现有设备的情况下，实现现有电报、电话，以及其他信号站点之间的互通互联。例如，通过它，当地的一个电话用户可以呼叫地球上的任何一位电话用户。利用成本不会高于手表的接收器，就可以让用户在陆地或者海上的任何地方接听任何距离之外的讲演或者音乐会。
1.特斯拉变压器：这个装置是电磁振动领域的性发现，其重要意义堪比火药对于战争的划时代价值。特斯拉利用这一装置产生的电流是普通技术手段产生电流的很多倍，并产生了一百多英尺的火花现象。
2.放大发射机：这是特斯拉的最佳发明，是为了激发地球电磁场创造的一种特殊变压器，用于电能传输，其传输距离必须使用天文级望远镜才能看到。通过使用这种神奇装置，特斯拉已经实现了一种电力效应，其强度超过了闪电，通过的电流足以点亮环绕地球的200盏白炽灯。
3.特斯拉无线系统：该系统包含一系列新技术，是唯一以无线手段和低廉经济成本远距离传输电能的手段。特斯拉在科罗拉多建立了试验站，已经通过仔细研究和测算证明，该系统可以传输任何规模的能量，而损失不会超过百分之几。
4.个性化艺术：特斯拉的这个发明相对于原始调谐来说，就像精美发达的语言之于含混不清的表达那样先进。它实现了信号或报文传输的绝对保密性，以及积极和被动方面的绝对排他性。也就是说，信息传输人发出的信号毫无干扰，也不可能被其他人干扰。每一个信号都像一个具有绝对明确身份的个人，在无任何哪怕是最微弱相互干扰的情况下，可以同时操作的信号站和设备数量是无限的。
5.陆地驻波：这个伟大的发现，通俗一点儿来说，就是地球会对有限波长的电力振动作出反应，就跟音叉对音波做出反应是一个道理。这些电力震动强度很大，足可以激发地球的电磁场，对商业或很多其他领域有重要用途。“第一世界系统”电站可以在九个月内投入运行。利用这个电站，我们可以获得1000万马力的功率，可以非常低廉的成本为无数技术活动服务，包括：
1)世界上已有电报交换机或交换站之间的互联互通；
2)建立一种机密的，不受干扰的政府电报服务系统；
3)世界上现有的电话局和电话站之间的互联互通；
4)利用电报或电话与新闻界连接，实现一般性新闻的广泛传递；
5)建立私人专用的情报传递“世界系统”；
6)世界所有股票报价系统的互联与操作；
7)建立音乐广播等用途的“世界系统”；
8)利用成本低廉的普通时钟，在不需要特别管理的前提下实现天文级精度时间的显示；
9)在世界范围内传递打印或手写字符、信件或支票等文件；
10)建立世界航海服务系统，使轮船在没有指南针的条件下，准确把握航向；准确测定船只位置、时间和其他信息；避免撞船或灾难的发生；
11)初步建立世界范围内的印刷系统；
12)在世界范围内复制、传送各种照片、图像或记录。
