Prowadził badania nad fonologią i gramatyką języka chińskiego.

W 1921 roku udzielił swojego głosu do nagrania wzoru wymowy standardowego języka mandaryńskiego, zatwierdzonego przez ówczesną chińską „Komisję ds. Ujednolicenia Wymowy Języka Państwowego” (chiń. 读音统一会; Duyin Tongyihui). Opracował system Tongzi (通字; ang. General Chinese), umożliwiający zapis – pismem łacińskim – wymowy znaków chińskich w różnych dialektach języka chińskiego oraz w językach ich używających (np. koreański, japoński). Często określany mianem „ojca współczesnego chińskiego językoznawstwa”.

Działalność artystyczna Zhao Yuanren skomponował kilka piosenek oraz pierwszy w historii utwór fortepianowy napisany przez Chińczyka, Heping Jinxing Qu (和平进行曲). W 1926 roku napisał melodię do wiersza Liu Bannonga pt. Jiào wǒ rúhé bù xiǎng tā (教我如何不想她; pol. Powiedz, jak mam ją zapomnieć). Piosenka ta stała się później przebojem w całych Chinach na początku lat 30. XX wieku.

Sam Zhao również był poetą, napisał m.in. poemat pt. „O Shi Shi, który jadał lwy” używając w nim jedynie słowa „shi” w różnych tonach.

Zajmował się także tłumaczeniami powieści z języka angielskiego na język chiński.