Итогом многолетних научных изысканий немецкого учёного стали снискавшие ему международную известность работы о творчестве Киевского митрополита Илариона «Похвала Владимиру Святому и Исповедание веры митрополита Илариона» (1962 г.) и «Сочинения митрополита Илариона» (1971 г.), книги «К проблеме иерархического статуса и юридической зависимости Русской Церкви до 1039 г.» (1959 г.), «Достоевский: его жизнь – его творчество – его завещание» (1982 г.), «Герои и святые раннего русского средневековья» (1984 г.), «Крещение Руси» (1987 г.), «Слово о полку Игореве» (1989 г.) и др. Выполненный учёным перевод «Слова...» на немецкий язык отвечает требованиям как филологической точности, так и поэтической выразительности. В работе об иконе преподобного Андрея Рублёва «Троица» (1990 г.) он выступает как искусствовед-богослов, раскрывающий догматическое содержание шедевра русского религиозного искусства. В качестве одного из важнейших источников (наряду с византийскими и западноевропейскими) сведений по истории Древней Руси Людольф Мюллер привлёк «Повесть временных лет». Под его редакцией в серии «Forum Slavicum» в Германии был переиздан древнерусский текст этого памятника. Учёный осуществил комментированное издание им же выполненного перевода «Повести временных лет» на немецкий язык; оно включает историко-филологический анализ, научно-критический аппарат и полный словоуказатель к памятнику. От изучения событий, вводивших Древнюю Русь в круг христианской цивилизации, Людольф Мюллер переходит к анализу и осмыслению духовной основы её культуры и литературы. В работах о первоначальном периоде христианства на Руси он рассматривает проблемы, связанные с церковными, юридическими и политическими контактами Древней Руси с Византийской империей. Специальные исследования Людольф Мюллер посвятил деятельности первых подвижников христианства на Руси – святой равноапостольной княгини Ольги, первой христианки в княжеском роде, её сына крестителя Руси святого равноапостольного князя Владимира (Василия) Святославича и первых канонизированных русских святых князей Бориса и Глеба. В этих работах обсуждаются дискуссионные вопросы о времени, причинах и об обстоятельствах крещения Ольги и Владимира, о дате канонизации святых Бориса и Глеба, что важно для осмысления характера церковной политики Киевского князя Ярослава (Георгия) Владимировича Мудрого и датировки некоторых ранних произведений древнерусской литературы. Одно из них – «Слово о Законе и Благодати» митрополита Илариона, ставшее предметом фундаментального исследования Людольфа Мюллера, результаты которого воплотились в двух книгах и нескольких статьях учёного.