Дмитрий основал татарское книгопечатание. Под его руководством были изготовлены арабские литеры, необходимые для составления обращения на татарском языке. В России Дмитрий активно занимался научной работой. В 1714 г. за заслуги в этой области был избран членом Берлинской академии. Император Пётр I предполагал сделать Дмитрия первым президентом Академии Наук в Санкт-Петербурге. Первую книгу на молдавском и греческом языках Дмитрий опубликовал в Яссах ещё в 1698 г. Написанная в традициях православной литературы книга «Диван, или Спор мудреца с миром, или Тяжба души с телом» посвящена проблемам этики; Дмитрий считал, что зло происходит от невежества, а не от злой природы человека. Приблизительно в 1701 г. он завершил на латинском языке «Всеобщую краткую логику», в которой в общих чертах описал принципы формальной логики. На молдавском и латинском языках он тогда же издал «Универсальную физику» Яна ван Хелмонта с кратким изложением философии голландского естествоиспытателя. Под влиянием Яна ван Хелмонта Дмитрий примерно в то же время на латинском языке написал философскую работу «Неописуемый образ Священной науки» (другое название – «Метафизика»). В 1705 г. завершил книгу «Иероглифическая история», которая считается первым молдавским романом. В ней в аллегорической форме говорится о конфликтах между Валахией и Молдавией, угнетённых османской Портой, показаны сложные социальные и политические процессы в Молдавском княжестве. Одной из первых работ, написанных Дмитрием на латинском языке в России, стало «Естественное толкование монархий». Ссылаясь на пророчество Даниила, в соответствии с которым в истории человечества будет господствовать четыре монархии, Дмитрий, являясь сторонником циклического развития человечества, полагал, что четвёртой, никем не превзойдённой в мире монархией будет Российская империя. Османская же империя обречена на исчезновение. В написанной по заказу в России книге на латинском языке «Описание Молдавии» содержатся не только исторические, но и географические, лингвистические, этнографические, правовые и прочие сведения о Молдавии. Книга выдержала ряд изданий на нескольких языках. В России Дмитрий написал также «Историю Оттоманской империи», «Жизнь Константина Кантемира», «Хронику стародавности романо-молдо-влахов», «Книгу систима, или Состояние мухаммеданской религии», «Тёмные места в катехизисе», а также ряд других работ. Дмитрий известен исследователям как композитор. В 1703 г. он подготовил на турецком языке «Книгу науки музыки», посвящённую султану Ахмету III. На основе арабского алфавита разработал специальную нотную систему для турецкой музыки, которая сыграла большую роль в развитии турецкой музыкальной культуры. Дмитрий – автор ряда музыкальных произведений, в том числе военных маршей. Он был искусным исполнителем на тамбурине, сазе и свирели. Дмитрий (как и его отец и брат Антиох) оказывал большую помощь православной церкви. Ещё будучи заложником в Стамбуле, он установил тесные связи с Иерусалимским патриархом Досифеем II и в течение нескольких лет поддерживал активную переписку с Константинопольским патриархом Каллиником II. После переселения в Россию способствовал строительству ряда храмов. Он и его потомки помогали возведению церквей в Николаевском греческом монастыре в Москве, в имении Кантемира Чёрная Грязь (впоследствии Царицыно). Особенно прославился как храмостроитель его сын Матвей (1703–1771 гг.). Дмитрий был похоронен рядом с первой супругой Касандрой в церкви св. равноапостольных Константина и Елены в греческом монастыре в Москве. В 1935 г., после установления дипломатических отношений между СССР и Румынией, прах Дмитрия было решено захоронить в Яссах, в церкви Трёх святителей.