Praca naukowa Jeszcze w młodości opublikował artykuł o gatunkach niezapominajek Myosotis. W czasie gdy był kustoszem Królewskiego Zielnika, zajmował się opracowywaniem zielnika Carla Ludwiga Willdenowa, liczącego około 20 tysięcy roślin wyższych i około 6 tysięcy roślin zarodnikowych. Dużą część jego działalności naukowej zajmowały opisy kolekcji roślin, które nadesłali mu podróżnicy. Między innymi w latach 1824–1829 opisał przysłane mu z Meksyku kolekcje roślin zebranych przez Christiana Juliusa Wilhelma Schiede i Ferdynanda Deppe. Znacznie poprawił zagospodarowanie przestrzeni w ogrodzie botanicznym w Halle, wprowadził etykietowanie rosnących tam roślin, co przyczyniło się do ich poznawania i usprawnił wymianę nasion między ogrodami botanicznymi.

Jest autorem wielu prac naukowych. W latach 1823–1824 napisał „Flora Berolinensis” z 1024 gatunkami roślin, 741 gatunkami grzybów i 163 gatunkami porostów. Jego opisy roślin leczniczych weszły w skład opublikowanej przez Friedricha Guimpela pracy „Abbildungen und Beschreibungen aller in der Pharmacopoea Borussica aufgeführten Gewächse”. Zajmował się rodzajami Paspalum i Panicum oraz zredagował gatunek Carex, który Carl Peter Thunberg opublikował we „Flora Capensis”. W ponad 60 artykułach Schlechtendal zajmował się różnymi taksonami roślin, m.in.