Sa samo 19 godina preveo je s njemačkog na engleski jezik jedno od najznačajnijih filozofskih djela 20. stoljeća „Tractatus Logico-Philosophicus“ slavnog Ludwiga Wittgensteina. Prilikom prevođenja je surađivao s Wittgensteinom, a i sam se uhvatio u koštac s temeljnim pitanjima o prirodi matematike, posebice njezinom odnosu s logikom.

Polazeći od Russellove i Whiteheadove koncepcije matematike kao isključivog proširenja logike koji je dvojac pokušao dokazati u svom monumentalnom djelu, „Principia Mathematica“, Ramsey je tvrdio da nisu sve logičke tvrdnje inherentno matematičke. Umjesto toga, predložio je da matematičke istine moraju pokazivati i općenitost i tautološki oblik, na što upućuje i Wittgensteinov pojam logičkih istina kao tautologija. Ramseyjev rad na ovom problemu kulminirao je člankom “The Foundations of Mathematics” koji je objavljen kada je imao samo 22 godine.

1921. godine britanski ekonomist John Maynard Keynes objavio je članak „A Treatise on Probability“ u kojem razrađuje filozofske osnove vjerojatnosti i statistike. Ramsey, koji je tada bio student prve godine na Trinity Collegeu temeljito je kritizirao Keynesov rad nagnavši ga da u potpunosti odustane od te teorije. U okviru svoje kritike Ramsey predlaže revolucionarnu teoriju o subjektivnoj vjerojatnosti i očekivanoj koristi. Njome nastoji naglasiti da na postupke ljudi uvelike utječu njihova uvjerenja i želje, pri čemu se snaga tih uvjerenja i želja mjeri subjektivnom vjerojatnosti, odnosno subjektivnom koristi.

Iako su bila potrebna desetljeća da Ramseyjeve ideje dobiju široko priznanje, njegov je rad sadržavao klice ključnih koncepata kasnije formaliziranih u temeljnim tekstovima kao što su "Teorija igara i ekonomskog ponašanja" Johna von Neumanna i Oskara Morgensterna i "Temelji statistike" Leonarda Savagea. Ramseyjevi uvidi i dalje su ključni za razumijevanje donošenja odluka u uvjetima neizvjesnosti i subjektivnog zaključivanja.

Iako je predavao matematiku na King’s Collegeu za svog života, objavio je samo osam stranica matematičkih radova. Ipak, njegov teorem, tek usputno formuliran dok se bavio problemom u formalnoj logici, privukao je značajnu pozornost unutar matematičke zajednice. Nazvan Ramseyjevim teoremom, postao je predmetom opsežnog istraživanja iz kojeg je proizašlo novo područje znano kao Ramseyjeva teorija.

Bez obzira na to što mu je ovaj u potpunosti osporio teoriju, Keynes je Ramseyju ostao dobar prijatelj i mentor. Pomogao mu je prilikom zapošljavanja na King’s Collegeu i, što je možda još važnije, potaknuo ga da prouči i kritizira ekonomsku teoriju o socijalnim kreditima koju je predlagao kanađanin Clifford Douglas. Za vrijeme pisanja kritike razvio je dvije potpuno nove ekonomske teorije o štednji i o porezima koje je objavio u dva zasebna članka u prestižnom „Economic Journalu“. Kada se obilježavala 125. godišnjica navedenog časopisa objavljena je kompilacija četrnaest najutjecajnijih članaka u povijesti ekonomije od kojih su dva bila Ramseyjeva.

Filozofija nije bilo primarno područje njegova interesa no baveći se pitanjima poput istine, vjerovanja i smisla i tu je dao značajan doprinos. Ramseyjev rad je bio takav da je znanstvenoj zajednici uglavnom trebalo nekoliko desetljeća da „sustigne“ njegove ideje. Ovaj fenomen je 1999. godine filozof Donald Davidson nazvao "Ramseyjev učinak": kada otkrijete da je vaše uzbudljivo i naizgled originalno filozofsko otkriće već prezentirao, i to elegantnije, Frank Ramsey.