Juntament amb K. Brugmann, formulà el programa d’innovació —coneguda amb el nom d’"innovació dels neogramàtics"— dels estudis lingüístics (1878) i publicà la sèrie de Morphologische Untersuchungen (1878-1910). Anuncià la llei coneguda pel seu nom (llei d’Osthoff), segons la qual tota vocal llarga s’abreuja davant una sonant r, l, m, n i també davant i, u (com a segon element de diftong) seguida de consonant.