Дубинин установил механизм поглощения паров в зависимости от характера пористости или структуры поглотителя, на его основе Дубининым и его школой создана классификация пористых сорбентов. Им была создана теория адсорбции на микропористых адсорбентах.
В 1932—35 гг. провел исследования поглощения газов и паров из тока воздуха, проходящего через слой зерненного поглотителя; разработал основные представления о поглощении смесей паров и создал методы расчета установок для разделения смеси паров.
В 1936—37 исследовал вопрос о роли ультрапористости адсорбента в процессе поглощения паров веществ с неодинаковым размером молекул.
С 1940 года он работал над разрешением научных и практических задач противохимической защиты. Начиная с 1946 года Михаил Михайлович и его сотрудники успешно работают в области исследования зависимости адсорбционных свойств активных углей от их структуры и адсорбируемости паров — от их физических свойств.