Наукова спадщина Воєйкова величезна. Роботи його відрізняються винятковою різноманітністю тематики і широтою поставлених питань Велика кількість їх присвячено кліматичними характеристиками окремих територій Виходячи з принципу взаємозв'язку природних явищ, Воєйков. при недостатності багаторічних метеорологічних даних, широко використовував для характеристики непрямі ознаки (характер рослинності, грунтів, режиму річок і озер і навіть характер господарства, типи будівель і ін.). Так, наприклад, блискучий нарис клімату Центральної Азії був їм складений на підставі розрізнених маршрутних спостережень Н. М. Пржевальського. Велика увага Воєйков приділяв питанням мінливості метеорологічних елементів в часі, а також періодичним і неперіодичних змін клімату. Він спростував поширену думку про прогресуючому висиханні Середньої Азії і вказав на перспективи розвитку там сільського господарства Користуючись порівняльною характеристикою кулеметів, Воєйков передбачив повну можливість культури чаю, цитрусових і бамбука в Закавказзі, кукурудзи і тютюну в Південних районах Росії, цінних видів єгипетського і американського бавовни в середній Азії, просування посівів льону та зернових культур на дальній Північ та ін.
А.І. Воєйков звернув також увагу на важливість вивчення снігового покриву і на його роль у формуванні клімату, грунтів, водного режиму, рослинності. Їм вперше була запропонована класифікація річок по їх режиму, покладена в основу більшості подальших класифікацій. Багато робіт Воєйкова присвячено сучасному і стародавньому оледенению і вивчення вічної мерзлоти. Великий практичний інтерес представляють його роботи з питань осушення заболочених і зрошення посушливих районів, з питань полезахисного лісорозведення в боротьбі із засухою та ін. В останні роки свого життя Воєйков велику увагу приділяв питанням кліматолікування і курортології. Блискучий популяризатор, Воєйков всі свої роботи писав простою й образною мовою, доступною для широкого читача.
Воєйков користувався світовою популярністю як вчений-кліматолог і був членом численних російських і зарубіжних наукових товариств.
Іменем Воєйкова названа Головна геофізична обсерваторія.