В центре интересов Шлика были проблемы теории познания и философии науки. В первых своих книгах «Пространство и время в современной физике» (1917) и «Общая теория познания» (1918) он занял негативную позицию по отношению к господствовавшему в то время в немецких университетах неокантианству и подверг систематической критике кантианские идеи, в частности допущение о существовании синтетических априорных суждений. Во всех случаях, когда суждения формулируются как логически необходимые истины, доказывал Шлик, они имеют аналитический характер; когда же они имеют отношение к реальности, они являются эмпирическими, т.е. апостериорными суждениями. В Вене под влиянием дискуссий с Витгенштейном и Карнапом у Шлика сформировалась еще более последовательная эмпирицистская эпистемология. Все научное знание он трактовал как «уплотнение» и обобщение «чувственно данного», составляющего единственный фундамент знания. Метафизика, с его точки зрения, лишена познавательного значения. В отличие от большинства логических позитивистов Шлик глубоко интересовался проблемами этики, в которой также придерживался эмпиризма. Различая познание и переживание, Шлик полагал, что открываемые нами законы не предписывают нам какого-то определенного порядка действий и потому не противоречат свободе. Мотивами поведения являются чувства желания и нежелания; свободным в нравственном отношении является человек, который действует без принуждения, руководствуясь своими желаниями. Образцом такого действия для Шлика выступала игра, в которой он видел воплощение свободного действия, сопровождаемого чувством радости.