《老殘遊記》一書通過老殘——一個受到官場很好接待的走方郎中的旅行，揭露了中國的弊病，敘述了表麵是清官，其實是酷吏的厚顏無恥的罪惡。在小說的情節與故事展開中，劉鶚通過其無與倫比的生動流暢的文字，描繪了許多使人難以忘懷的情景，例如第二回中，對兩個歌女演唱的極其出色的描寫，都給人以強烈的感染。
這本小說不是自傳，但劉鶚在其中糅合了相當多個人的經曆和思想。因此很清楚，老殘就是劉鶚的替身。從小說的人物中，能找到劉鶚的許多朋友和敵人，例如，在最初兒回出現的莊宮保就代表了劉鶚的保護人張曜。兩個在審判過程中弊病百出的典型人物玉賢和剛弼，則代表了兩個滿族官員毓賢和剛毅，他倆深深地卷入了1898—1900年的義和團運動。
劉鶚是非宗教的哲學流派一太穀學派的弟子。太穀學派發展地吸收了儒、佛、道三教的思想。《老殘遊記》第八至十一回的神秘深奧的遭遇，表麵上看與敘述的主線沒有聯係，也很難懂，並且使小說分成了兩個不同的主題的部分，因此有的版本便把他刪去了。其實以太穀學派的學說對這些章節進行分析，是了解劉鶚溫和原則和為什麼他對義和團和革命者持批評立場的關鍵。同時也就能理解中國50年代和60年代對劉鶚及其《老殘遊記》的尖銳的有準備的批判了。
一般為《老殘遊記·二集》的至少九回的續集，1907年連載於《天津日日新聞》。前麵六回敘述了老殘新娶的妾，在跟隨老殘登泰山的路上，與兩個有修養的尼姑談論之後出家的與初集完全不同的故事。後三回寫老殘遊地獄的故事。還有稱為《老殘遊記外編》的殘稿，其可靠性已得到驗證。至於曾經流傳的四十回本的後二十回，很早就已確認為是偽作了。
除了小說，劉鶚對中國文字和商文化的研究，對後世也很有影響。他第一個認出了卜骨上的符號（甲骨文），他也是最早的甲骨收集者。他1903年印行的《鐵雲藏龜》是研究甲骨文的最早著作，這本書給後來的國家和私人收藏家確定了模式。
劉鶚的著作，還有《治河五說》、《曆代黃河變遷圖考》、《鐵雲藏甸》、《鐵雲泥封》他還發表過有關數學的兩本著作。此外，劉鶚也遺留下了各種手稿。1980年，由劉鶚孫子劉蕙孫注釋的《鐵雲詩存》在濟南《老殘遊記》主要場景所在地出版。
屢遭挫折的奇才
在鄭州治黃之後，經開明官吏的多次力薦，朝廷終於在1895年給了他一個以知府用的名義，這更鼓舞了常懷奇思異想的劉鶚在另一個領域幹些令人驚詫的事業。1895年，正當康有為在北京聯合18省1300餘人發動公車上書提出維新變法的主張的時候，劉鶚也有他個人的一份上書，內容是自請承辦蘆漢鐵路。看似巧合的兩種上書，可以看出當時知識分子對於國家命運的兩種思路，前者是以康有為為代表的多數士人，重體製上自上而下的改革；後者如劉鶚這樣傾向現代工業文明的個人，重具體通過實業建設的途徑以促進社會進步。兩種思路的目光均是前瞻的，都代表了當日先進分子的前傾姿態。
修建自蘆溝橋至漢口的蘆漢鐵路之議，始自張之洞。1899年光緒二十五年，當時任湖廣總督的張之洞向光緒皇帝建議修建這條鐵路，也得到皇帝的認可。但時間過了六年，仍然停留在空泛的議論上而沒有進展。1905年光緒皇帝重提此議，但商人多持觀望態度而反應冷淡。劉鶚此時受到治黃成功的鼓舞慨然欲有所樹立，便在聯絡了一些資本之後，向政府作了承辦修築蘆漢鐵路工程的申請。朝廷表麵上應允了，但由於各種掣肘之事，加上輿論對劉鶚頗有懷疑，最終還是被擱置起來。這時官場內部電文頻繁，大都是對他不利的議論：豈有一無名望之人，能招千萬巨款？聞俱是洋人所為，不特人股而已；劉鶚無銀行作保，其為不正派洋人招攬洋股無疑等等，不一而足。這樣，劉鶚在一番興奮之後，還是以一無所成而告終。在漢口，理想幻滅之後的劉鶚，登上了古琴台，懷想起伯牙子期遺事，不禁撫然：
琴台近在漢江邊，獨立蒼茫意惘然。
後世但聞傳古跡，當時誰解重高賢？
桐焦不廢鈞天響，人去空留漱石泉。
此地識音尋不著，乘風海上訪成連。