Grotefend tunnettiin parhaiten omana aikanaan latinan ja italian kielenfilologina. Hän kirjoitti muun muassa uudistetun painoksen Wenckin Latinan kieliopista ja systemaattisen yrityksen selittää umbrin kielen tämän hajanaisista palasista nimeltä Rudimenta linguae Umbricae ex inscriptionibus antiquis enodata ja samanlaisen teoksen oskin kielestä (Rudimenta linguae Oscae).
Merkittävimmät työnsä Grotefend teki kuitenkin Lähi-idässä. Asettamalla vierekkäin kaksi Persepoliin kuninkaanpalatsin pääoven nuolenpääkirjoitusta ja vertailemalla niitä keskenään hän teki monia mullistavia päätelmiä, joiden ansiosta myöhemmät tutkijat onnistuivat lopullisesti selvittämään muinaispersialaisennuolenpääkirjoituksen. Keksiessään vuonna 1802 avaimen nuolenpääkirjoitukseen Grotefend oli 27-vuotias. Vahvistus hänen päätelmilleen saatiin kaksikymmentä vuotta myöhemmin Pariisista.[1] Grotefendin työtä jatkoivat Eugène Burnouf, Christian Lassen ja Henry Rawlinson.
