Sus reflexiones se sitúan con frecuencia entre la filosofía y la ciencia que, según él, siempre fueron simbióticas.

Además de sus actividades académicas, ha desempeñado funciones editoriales en varios países, sobre todo en los grupos Salvat y Hachette.

[9]​ Junto con Thomas Bonk, ha editado (en alemán) una obra inédita de Rudolf Carnap sobre axiomática.

Ha establecido la distinción entre el núcleo estándar de una disciplina científica, que en un momento dado debería incluir solo las ideas fiables y empíricamente contrastadas, y la nube de hipótesis especulativas que lo rodean.

Una parte del progreso teórico consistiría en la incorporación de nuevas hipótesis recién contrastadas al núcleo estándar.

La detección está mediada por instrumentos tecnológicos, cosa que solo a veces ocurre en la observación, como en el caso de la visión con gafas.

En particular, muestra la equivalencia formal del enfoque conjuntista y el mereológico (basado en partes e individuos), de tal modo que cualquier tesis sobre las clases de organismos puede ser traducida en otra tesis equivalente sobre las especies como individuos, y a la inversa.

Junto con John Earman, ha llevado a cabo una revisión crítica del paradigma de la inflación cósmica.

[19]​ Earman y Mosterín concluyen que, a pesar de la enorme influencia que ha adquirido el paradigma inflacionario en amplios sectores de la comunidad cosmológica y a pesar del hecho de que este no contradice hecho conocido alguno, sin embargo tanto las razones teóricas como las empíricas aducidas son insuficientes para justificar su inclusión en el núcleo bien establecido del modelo estándar del big bang.

Ni siquiera sabemos si el presunto campo escalar del inflatón existe o no.

La racionalidad teórica es la estrategia para maximizar el alcance y la veracidad de nuestras ideas sobre la realidad.

El componente formal de la racionalidad práctica se reduce en lo esencial a la teoría bayesiana de la decisión; el componente material está enraizado en la naturaleza humana, y así, en último término, en nuestro genoma.

En cualquier caso, toda evidencia racional debe considerarse como provisional y revisable.

[25]​ Como presidente honorario del Proyecto Gran Simio en España, ha colaborado con Peter Singer en la promoción de derechos legales para los homínidos no humanos (chimpancés, bonobos, gorilas y orangutanes).

[28]​ Ello encaja con la relevancia que atribuye a las emociones morales (como la compasión) en la ética, en parte comparable al papel desempeñado por las percepciones en la ciencia empírica.

En concreto, sugiere un mundo sin estados nacionales, organizado territorialmente en pequeños cantones autónomos pero no soberanos, sin ejército y sin poder para frenar la libre circulación de personas, ideas y mercancías, complementado por el establecimiento de fuertes organizaciones mundiales, empezando por un sistema global de justicia que vele por los derechos humanos en el mundo entero.

Los estratos más hondos y antiguos representan las funciones vitales comunes a todos los seres vivos de nuestro planeta.

Con base en los avances en la comprensión del fenómeno cultural aportada por la antropología cultural, la arqueología y la biología, Mosterín ha desarrollado una rigurosa filosofía de la cultura que se plantea directamente preguntas clave como qué es la cultura, dónde está y cómo evoluciona en el tiempo.

Además, el autor se preocupa por la corrección lógica de los argumentos ofrecidos y no vacila en exponer sus fallos.

Los mitos hebreos son tratados sin miramientos, pero el autor muestra una transparente simpatía por los grandes pensadores judíos, como Maimónides, Spinoza y Einstein.

Tras la conversión de Constantino, las discusiones teológicas sobre temas tales como la Santísima Trinidad con frecuencia fueron zanjadas por la fuerza.

Se dedica menos atención a los dos últimos siglos, pues Mosterín piensa que en este periodo el cristianismo se ha desacoplado completamente del pensamiento vivo científico y filosófico, por lo que las ideas cristianas han perdido toda vigencia y relevancia.

El tratamiento contemporáneo es más somero, pero analiza la encrucijada actual del islamismo y llega hasta las revoluciones árabes de 2011.