Holl Imre tudományos munkásságában kiemelt hangsúlyt kapott a kályhacsempekutatás. Ebben meghatározó szerepet játszott az a körülmény, hogy Gerevich László, aki a budavári középkori palota II. világháborút követő kutatását vezette, rábízta a régészeti feltárások során előkerült, és a korábban ismert leletekhez képest kivételes mennyiségű és minőségű kályhacsempeanyag feldolgozását.

Holl Imre közel harminc közleményt írt a kályhacsempékről, széleskörű gyűjtésre alapuló anyagközléseivel és értékeléseivel a téma nemzetközi szinten elismert szakértőjévé vált.

Kiemelkedő a magyarországi középkori kályhacsempékről írt sorozata – melynek első része 1958-ban, utolsó, 11. része 2010-ben jelent meg –, ezek megkerülhetetlen tanulmányok a kályhacsempékkel foglalkozó kutatók számára.

Holl Imre munkamódszerét a részletekre való odafigyelés jellemezte, tüzetes vizsgálat alá vette a kályhacsempéknek nemcsak az anyagát, színét, kivitelét, hanem apró motívumait is, legyen az ruházati vagy építészeti elem.

Fotókkal, rajzokkal megtűzdelt feljegyzéseket készített, rajzai művészi tehetségről árulkodnak.

Kiterjedt levelezést folytatott hazai és külföldi kutatókkal, akik a legnagyobb tisztelettel válaszoltak kérdéseire, kéréseire. Páratlan különnyomat-gyűjteménnyel rendelkezett, a széljegyzetek alapján valamennyi cikk tartalmát jól ismerte és véleményt is alkotott egy-egy adatról.

A nemzetközi középkorkutatásban, számos esetben egyedüli magyarként hivatkoznak Holl Imrére. Így nem is olyan meglepő, hogy a 2012-ben Svájcban megjelent Ofenkeramik und Kachelofen c. alapmű soknyelvű terminológiai glosszáriumának magyar nyelvi része az ő közreműködésével készült.