Lilius utgav flera arbeten i pedagogik, såsom Naturhistoriens didaktik (1906), Lärobok i naturkunskap för folkskolan (1915), Skolålderns själsliv (i "Åbo akademis kommittés skrifter" 4, 1916), Ur småbarnens själsliv (1917), De växandes känsloliv (två band, 1922, 1924) och Barnpsykologi (1933). Han skrev även en studie över Johann Heinrich Pestalozzi (1929) samt en mängd uppsatser i Pedagogiska föreningens tidskrift.
