Ещё в XVIII в. французский востоковед Матурен Вейсьер де Лакроз (1661–1739 гг.) в одном из писем к лютеранскому теологу Иоганну Лоренцу фон Мосгейму (1721 г.) выдвинул гипотезу о том, что несколько сочинений, приписываемых Иустину Философу, могут принадлежать Диодору, однако его догадка в течение двух веков не была замечена. Адольф фон Гарнак (1851–1930 гг.) и священник Николай Фетисов (1884–1938 гг.) атрибутировали Диодору четыре трактата, сохранившиеся под именем Иустина Философа: «Вопросы и ответы к православным», «Вопросы христиан к язычникам», «Вопросы язычников к христианам», «Опровержение мнений Аристотеля», однако их идентификация не получила всеобщего признания («Вопросы и ответы к православным» принадлежат Феодориту Кирскому). Список трудов по астрономии, приводимый в «Лексиконе Суды», показывает, что Диодор был очень сведущ в этой области: «Против астрономов, астрологов и судьбы»; «О сферах, о семи поясах и о противоположности звёздных орбит»; «О сфере Иппарха»; «Против Аристотеля, о небесном теле»; «Против тех, кто именуют небо живым существом». Из всех работ только о первой имеются сведения у святителя Фотия, который приводит пространную цитату из неё. Трактат состоял из восьми книг и 53 глав и был посвящён вере в единого Бога и Божественный Промысл и направлен против веры в судьбу и неограниченную силу звёзд; в нём обсуждалась тема происхождения дьявола и осуждался деятель сирийской культуры Бардесан (154–222 гг.) и его последователи. Патриарх Фотий критикует Диодора за недостаток логики и слабую доказательность полемических доводов. В «Лексиконе Суды» среди экзегетических творений Диодора упоминается также «Хроника», которую он написал против Евсевия Кесарийского (вероятно, в ней затрагивались вопросы библейской хронологии). В собрании древних несторианских литургий приводится короткая выдержка из анафоры литургии Диодора, однако нет данных, подтверждающих его авторство. В эпоху несторианских споров Диодор был причислен к предшественникам Нестория. Его связь с Несторием впервые провозгласил Кирилл Александрийский: «Сего Диодора соделался учеником Несторий» (т.е. почитателем его творений). Вслед за ним обвинение Диодора в несторианстве поддерживали Анастасий Синаит, Леонтий Византийский, Бардесан, некоторые представители монофизитства (Иоанн Маюмский (Руф), Севир Антиохийский), святитель Фотий. Вместе с тем почитание Диодора несторианами проявилось в изучении и переводе ими его творений на родные языки, в записях истории его жизни (например, несохранившаяся «История Диодора» Бабая), в появлении особой партии «диодоритов», в праздновании его памяти вместе с Феодором Мопсуестийским и Несторием (пятая неделя по Просвещении, пятница), в составлении литургии его имени и гимнов в его честь. Несторианские Соборы чтут память Диодора как великого столпа церкви, вселенского учителя. В несторианском исповедании веры при поставлении в епископы даётся клятва верности заветам Диодора. Несторий старался подкреплять свои христологические воззрения ссылками на авторитет знаменитых антиохийских богословов – Диодора и Феодора, у которых он будто бы заимствовал своё учение.