陳垣同誌研究宗教史，和他對宗教曾有信仰密切相關。一九一九年，他在重刊明韓霖《鐸書》序裏說：“邇年以來，餘篤信敬天愛人之學，以為非此不足以救世。”一九一七年，他就發願著中國基督教史，於是有《元也裏可溫教考》之作。他重視這一著作，以為這解決了前人沒有解決的元史中基督教史問題。據他一九二四年所寫的《基督教人華史略》，基督教入華史可分為四期：第一期為唐代的景教；第二期為元代的也裏可溫教；第三期為明代的天主教；第四期為清以後的耶蘇教。景教於唐貞觀九年（635年）傳入中國，景教的衰滅始於武宗會昌五年（845年）。景教滅後，到元代有也裏可溫教，盛於一時。所謂“也裏可溫”，是當時基督教各派之總稱。元亡，也裏可溫就絕跡於中國。據此，也裏可溫教史是元史的一個組成部分。而在中國宗教史上，僅元代有也裏可溫教。但作為宗教史來說，也裏可溫又是世界宗教史的一個組成部分。因此，他這書解決了元史中的宗教史問題，不但引起了我國研究元史和宗教史家的注意，而且引起了國際學者和宗教史家的重視。他把沉埋了幾百年的這段曆史，作了充分的闡明，為我國史學研究工作，作出貢獻。
此後，陳垣繼續宗教的研究，先後寫成《火襖教入中國考》（1923年），《回回教入中國史略》（1927年）等作。他研究宗教史，主要研究其興衰，及其與政治的關係，而不是研究其教義——宗教思想史。
《元也裏可溫教考》既屬於宗教史的研究，又屬於元史的研究。陳垣同誌注意元史，實先於宗教史。早在青年時期，他在廣州，有機會讀到方功傑所藏舊抄本《元典章》，已引起他研究元史的很大興趣。其後他到北京，竟然在坊間偶爾買得這一舊藏抄本，不禁認為奇遇。前此，他先曾買到沈家本的刻本《元典章》。於是兩相對校，他開始了《元典章》校補工作，同時也開始了元史的深入研究，也就為他寫《元西域人華化考》開辟了道路。
《元西域人華化考》，題名“華化”，據他的解釋：“華化之意義，以後天所獲，華人所獨創者為斷。”意思是說，“華化”指的是中國曆史發展所形成的文化，而最能代表中國文化的，他認為是儒家。他說：“儒家為中國唯一的產物，言華化者應首言儒家。”其次則宗教、文學、藝術、科學、風俗習慣等，也有中國的特色。至於西域人，指的是色目人。在第一卷中，他說：“畏吾兒、突厥、波斯、大食、敘利亞等國，本有文字，本有宗教，一旦入居華地，亦改從華俗，且於文章學術有聲焉，是真前所未有，而為元所獨有也。”“元時西域文化，本由襖教而佛教，而回教，更唱迭和，浸淫濃鬱者數百年，最後役於西遼，受大石林牙之漢化，耳濡目染者又近百年。元軍先定西域，後下中原；西域人之從軍者，被虜者，貿易者，接踵而至，平日所想望之聲明文物，盡觸目於前。元製，色目人又自由雜居，故一傳再傳，遂多敦詩書而說禮樂。茲編之作，正所以著其盛也。”
他用了多年的時間，積累大量的資料，掌握了豐富的元史知識，引用了二百種以上的圖籍，具體而明確地闡明了元朝百年間西域諸族人來華後吸收並傳播了漢文化，留下了大量漢文寫成的著述。他的《元西域人華化考》，為元史，為我國民族文化史和中外關係史，添上了光輝的一頁。這一著作，在國內外史學界，繼《元也裏可溫教考》之後，獲得高度的評價。
陳垣同誌年輕的時候，就很欣賞乾嘉學者的考據成就。他特別欽佩錢大昕的精博。乾嘉學者重視掌握資料，用種種方法證明其正確，獲得了確實的成就，超過前代。這就在於他們善用考據知識。他除了善於學習前人和自己的刻苦實踐的精神外，最重要的是接觸了近代科學知識，就是他青年時曾學西醫，並特別重視解剖學。他的史學研究，不但注意掌握史料，運用清人考據學的方法予以處理，而且科學地加以解剖，然後作出判斷，作出結論。