在《算术研究》的序言中,高斯便已明确指明了本书的研究范围:“数学中的整数部分,不包括分数和无理数”。
《算术研究》的正文则分为七章。第一章讨论数的同余;第二章讨论一次同余方程;第三章讨论幂剩余并证明了费马小定理;第四章讨论二次同余方程;第五章系统扩展了二次型的理论(这使得高斯必然地成为了群论的先驱之一);第六章讨论了前述理论在特殊情况下的运用;第七章讨论了分圆方程,这一章也被认为是本书最精彩的内容。