Z. är framför allt känd för sina arbeten i mängdteori, särskilt för sin axiomatisering av mängdläran (se Zermelo–Fraenkels mängdteori). Välkänt är också hans resultat 1904 att varje mängd kan välordnas (jämför välordning), bevisat med hjälp av det av honom formulerade urvalsaxiomet.