En af al-Khwarizmis mest betydningsfulde resultater var hans udvikling af en systematisk metode til løsning af algebraiske ligninger. Denne metode, som han beskrev i sin bog "Hisab al-Jabr w'al-Muqabalah" ("The Compendious Book on Calculation by Completion and Balancing"), involverede brugen af algebraiske operationer såsom addition, subtraktion, multiplikation og division at omdanne ligninger til en form, der let kunne løses. Al-Khwarizmi udviklede også et sæt regler for at manipulere algebraiske udtryk, som lagde grundlaget for moderne algebra.
Ud over sit arbejde i algebra, gav al-Khwarizmi også vigtige bidrag til andre matematikområder, herunder aritmetik, geometri og trigonometri. Han introducerede begrebet nul som en pladsholder i tal og udviklede metoder til at udføre aritmetiske operationer på store tal. Hans arbejde med geometri omfattede udviklingen af formler til beregning af arealer og volumener af forskellige former. Inden for trigonometri udviklede al-Khwarizmi metoder til at beregne vinklernes sinus, cosinus og tangenter.
Al-Khwarizmis arbejde blev bredt udbredt i hele den islamiske verden og udenfor, og det spillede en stor rolle i udviklingen af matematik og naturvidenskab i Europa i middelalderen. Hans bog om algebra blev oversat til latin i det 12. århundrede, og den blev en standard lærebog i matematik på europæiske universiteter. Udtrykket "algoritme" blev afledt af latiniseringen af al-Khwarizmis navn, "Algoritmi", og det er sidenhen kommet til at henvise til enhver veldefineret beregningsprocedure eller metode.
På trods af hans betydelige bidrag er al-Khwarizmis navn og præstationer ikke så velkendte som nogle andre historiske personer inden for matematik og naturvidenskab. Dette skyldes til dels, at mange af hans værker gik tabt eller ødelagt under de mongolske invasioner i det 13. århundrede. Men hans indflydelse på udviklingen af matematik og naturvidenskab kan ikke overvurderes, og han betragtes med rette som en af de vigtigste matematikere gennem tiderne.