П. А. Костычев — выдающийся ученый-почвовед, один из основоположников науки о почве. Талантливый самородок, вышедший из народа, сын крепостного крестьянина Шацкого уезда Тамбовской губернии (теперь это Шацкий район Рязанской области), он только благодаря огромной энергии, упорству и выдающимся способностям получил законченное образование — сначала в Московской земледельческой школе, а затем в Петербургском земледельческом институте. Научные исследования Костычева принесли ему громадную известность и в России, и за границей.
Ученый показал, что почвообразование — это биологический процесс, связанный с развитием на почве растительности. Почва служит источником питания растений, а растения дают пищу человеку и животным. Следовательно, вся жизнь на суше зависит от почвы.
Костычев изучил биологические основы почвообразования и разработал способы повышения плодородия почв.
Особенно существенных результатов ученый добился, изучая органические вещества почвы. Он создал учение о происхождении, составе и свойствах черноземных почв, которое изложил в книге «Почвы Черноземной области России, их происхождение, состав и свойства» (1886).
Помимо черноземов Костычев изучал и другие степные почвы: пески и солончаки. На закрепленных песках, покрытых травянистой растительностью, он рекомендовал производить древесные посадки. Для борьбы с солончаками Костычев предложил проводить посев многолетних кормовых трав.
Изучая почвы, растительность, практику земледелия, ученый на полях проверял правильность агрономических теорий, знакомился с опытом хлеборобов.
Агроном, почвовед, ботаник, химик, микробиолог, он все свои огромные знания вложил в дело повышения производительности сельского хозяйства. Правильная обработка почв, полевое травосеяние, полезащитное лесоразведение, снегозадержание, борьба с эрозией почв и засухой, применение органических и минеральных удобрений, внесение фосфоритов в дерново-подзолистые почвы, развитие виноградарства — вот далеко не полный перечень того, что сделал для нашего сельского хозяйства за свою короткую жизнь этот неутомимый исследователь.
Вместе с тем Костычев был крупным педагогом и выдающимся деятелем в области высшего сельскохозяйственного образования в России. Он — автор первого в стране учебника по почвоведению. В богатом научном наследии П. А. Костычева более сотни печатных работ.