В преподавательской практике Мелхиседек использовал сделанные в период учёбы в Киевской духовной академии и переведённые им на румынский язык конспекты работ и учебных пособий по многим научным дисциплинам (библейская археология, герменевтика, каноническое право, патрология, основы литургики, риторика, философия и метафизика, история философии, психология, полемическое богословие, богословская этика и т.д). Из рукописного наследия Мелхиседека этого периода в переводе на румынский язык была опубликована его магистерская диссертация по богословию (1860 г.). Разработки Мелхиседека заложили основы для создания в объединённой Румынии в 1864 г. высшего богословского образования. Его позиция по проблемам совершенствования учебного процесса в системе церковного образования Румынии в соответствии с вызовами времени нашла наиболее полное выражение в докладе, где излагалась концепция создания богословского факультета в Бухаресте. Главное внимание Мелхиседек уделял подготовке квалифицированных, обладавших глубокими знаниями богословской науки педагогических кадров для семинарий. В речи, произнесённой 26 июня 1885 г. в кафедральном соборе Молдавской митрополии в Яссах, Мелхиседек подчеркнул роль церкви в просвещении народа на протяжении всего существования румын. Мелхиседек считал, что в новом историческом контексте нужно сохранить традиционное согласие между двумя основными институтами румынской культуры – школой и церковью, и это обеспечит равновесие между наукой и верой. Также значительными исследователи считают труды Мелхиседека в развитии румынской исторической науки. Одним из первых он занялся научной публикацией источников (в первую очередь, архивных документов) по церковной истории, введя в оборот материал, продвинувший изучение румынской национальной истории и литературы. В его работах по истории Хушской (1869 г.) и Романской (1881 г.) епископий широко использованы источники на церковнославянском языке; вместе с тем исследователи отмечают, что подготовленные им комментарии иногда не выдерживают критики с современных научных позиций. Так, он ошибся в определении времени и места создания Четвероевангелия, переписанного монахом Никодимом в монастыре Тисмана в 1399–1405 гг., утверждая, что оно было создано в эпоху Стефана Великого и содержит на одной из страниц рукописи портрет господаря (версия была также изложена в ходе выступления перед архиереями Русской православной церкви в Санкт-Петербурге в 1868 г.). В работе «Biserica Ortodoxă în luptă cu protestantismul...» (1890 г.), посвящённой взаимоотношениям в XVII в. православной церкви с протестантами, особенно с кальвинистами (в связи с проведением в Молдавском княжестве двух заседаний Синодов антикальвинистской направленности), Мелхиседек трактовал усилия евангелической и реформатской церквей по сближению с Восточной христианской церковью как демонстрацию апостольского континуитета собственных конфессий. При этом диалог между православной и протестантской церквами, инициированный как богословский лютеранскими теологами из Тюбингенского университета, сообщавшими об этом в конце XVI в. экуменическому патриарху Иеремии II, в XVII в. уже принял преимущественно политическую окраску.