Николай Катанов считается лучшим представителем советского востоковедения. Он проявлял огромный интерес к различным сторонам духовной и материальной культуры народов России.

Н. Ф. Катанов всю свою жизнь продолжал уделять внимание изучению тюркских народов, объездил Сибирь, Северный Китай. 7 марта 1889 г. он отправился в Урянхайскую землю, как называл Туву. Тувинская поездка продолжалась 5-6 месяцев – с 15 марта по 28 августа. Общая дистанция его экскурсий составила около 700 вёрст. В основном Н. Ф. Катанов жил на торговых факториях русских купцов, общаясь с тувинцами, которые были непосредственно связаны с русскими, всего он посетил 14 факторий. Здесь проявился талант Катанова-этнографа: чтобы не вызывать подозрений, он выдавал себя за переводчика с пограничной заставы или за писаря на купеческой службе, а со своими информаторами расплачивался нитками, кирпичным чаем, табаком, бумагой, карандашами и тому подобным мелочным товаром. В результате он собрал огромный полевой материал (1122 песни, 160 загадок, 15 сказок, 35 мифов), причём информаторы позволяли ему фиксировать их имена и возраст, чего не удавалось ни одному из прежних исследователей. Он обследовал наречия тувинцев, тофаларов, хакасов, казахов Семиречья, язык уйгур в Северном Китае. Вернувшись в родной Аскиз, Катанов до января 1890 г. обрабатывал полевые материалы, результатом чего явились «Очерки Урянхайской земли» (опубликованные только в 2011 г.) и монументальная работа «Опыт исследования урянхайского языка с указанием главнейших родственных отношений его к другим языкам тюркского корня», опубликованная в 1903 г. и принесшая автору широкую известность. Свод сравнительной грамматики тюркских языков содержал параллели около 50 живых и мёртвых языков и наречий. Этим трудом Н. Ф. Катанов положил основу сравнительного изучения тюркских языков.

По структуре «Опыт исследования урянхайского языка с указанием главнейших родственных отношений его к другим языкам тюркского корня» напоминал традиционные описательные грамматики XIX в., но выделяется включением хрестоматии и словаря. В первой части «Учение о звуках» он прописал и определил почти все звуки тувинского языка. Только не замечены здесь звуки с гортанным отступом (аът, эът, оък и др.), взрывные звуки (тон, пөш) и звук Х. Во второй части «Учение о формах» показаны разные грамматические формы. В части «Употребления разных слов» написаны части речи, и значения их форм. Четвертая часть «Составление предложений» посвящена синтаксису тувинского языка, простому и сложному предложениям. Довольно много фольклора с переводом внесено в пятую часть «Образцы словесности». Шестая часть «Указатели» вошли тувинско-русский словарь, библиография о тувинской литературе и их краткое значение. Грамматика тувинского языка показывает огромную эрудицию автора – для сопоставления «звуков и форм» использовались материалы 5 древних и 42 современных тюркских языков из картотеки Катанова.

Данный «Опыт…» Николая Катанова явился первым примером сравнительно-сопоставительной грамматики ранее не изученного бесписьменного языка. Тем самым он заложил научные основы для разработки письменности на тувинском языке и на других тюркских языках, которые в прошлом письменности не имели. Впоследствии он играл важную роль при создании тувинской письменности, составлении различных словарей, справочников и учебников по тувинскому языку.

«Опыт исследования урянхайского языка с указанием главнейших родственных отношений его к другим языкам тюркского корня», созданный профессором Н. Ф. Катановым, имеет исключительно большое значение для тувинской диалектологии, лексикологии, для изучения истории развития тувинского языка. Этот труд составляет целую эпоху в научном исследовании языка одного из древнейших народов Центральной Азии – тувинцев.