Бородин – автор более 40 работ по химии. Ученик Н. Н. Зинина. Основная область научных исследований – органический синтез. Им разработан способ получения бромзамещённых жирных кислот действием брома на серебряные соли кислот(1861); получил первое фторорганическое соединение – фтористый бензоил (1862) и разработал метод получения фторангидридов карбоновых кислот (1862). Исследовал (1863-1873) продуты конденсации альдегидов; одновременно с Ш. А. Вюрцем осуществил (1872) альдольную конденсацию.
Бородин широко известен как композитор. В 50-е гг. XIX в. он начал писать романсы, фортепианные пьесы, камерно-инструментальные ансамбли. В 1862 г. познакомился с М. А. Балакиревым, вошёл в Балакиревский кружок ("Могучую кучку"). Под влиянием Балакирева, В. В. Стасова и других "кучкистов" окончательно сложились музыкально-эстетические взгляды Бородина как последователя М. И. Глинки, приверженца русской национальной школы в музыке, определился самостоятельный зрелый стиль композитора. В творчестве Бородина, представителя передовой интеллигенции 1860-х гг., отчётливо проходит тема величия русского народа, любви к родине, свободолюбия. Большая занятость научной, педагогической работой и в то же время высокая требовательность к композиторскому творчеству обусловили длительность работы над каждым музыкальным сочинением. Первым ввёл в романс образы русского богатырского эпоса. Наряду с эпическими романсами-балладами («Море», «Песнь тёмного леса») ему принадлежат также сатирические песни. Тонкий художник романса, он создал неповторимую по глубине и трагичности чувства, благородству выражения элегию «Для берегов отчизны дальней». Наиболее значительное произведение Бородина – опера "Князь Игорь". Она была закончена и инструментована после смерти композитора его друзьями – Николаем Римским-Корсаковым и Александром Глазуновым и впервые поставлена в Петербурге в 1890 г.