Som forskare ägnade sig Holm främst åt spindlar. Inom detta område utgav han en rad betydande embryologiska och taxonomiska arbeten. De senare behandlade arter från bl.a. de svenska fjälltrakterna, olika arktiska områden och de östafrikanska bergen. Från olika forskningsresor, bl.a. flera i Östafrika, förde han hem ett rikt zoologiskt material.