Cultivó todos los géneros y destacó en todos ellos menos en el teatro, que intentó en 1905 al estrenar en Oviedo una obra escrita con Antonio de Hoyos y Vinent, la comedia Un alto en la vida errante; Sentimental club (patraña burlesca) es una antiutopía que, aunque se publicó, no pasó a las tablas. Hoyos adaptó al teatro su novela Tigre Juan en 1928. En la lírica se aprecia la inspiración simbolista y culturalista del modernismo; es poesía ideológica y conceptual, pero provista de emoción humana, y aún ha sido mal estudiada. Con Miguel de Unamuno es, pues, uno de los cultivadores de la poesía filosófica en esa época, pero no desdeña la sonoridad en el verso. Escribió tres libros de poemas, La paz del sendero (1904), cuyo título alude a la tierra, donde se percibe la huella del modernismo, un modernismo no grandilocuente ni de receta, de Gonzalo de Berceo y de Francis Jammes; es un libro intimista y horaciano, y no desdeña la musicalidad. El sendero innumerable (1915) es su segundo libro, cuyo título alude al mar. El sendero andante (1920), cuyo título alude al río, cierra su obra poética con una aproximación al pesimismo del la generación del 98, sin abandonar su tendencia modernista. Quedó por editar un cuarto libro que sería el verdadero cierre de la obra poética del autor, El sendero ardiente. En sus libros se evocan temas de la poesía áurea española; otros temas son la soberbia intelectual, que aparece en un poema sobre San Agustín; la ataraxia, la búsqueda de equilibrio y de paz, etc.
Destacó también en el ensayo, género en él dominante y que asoma también en su poesía lírica y su novela, muy intelectualizadas. Cultivó sobre todo la crítica teatral y la literaria. A la primera consagró los dos volúmenes de Las máscaras (1917–1919). Política y toros (1918) recoge sus artículos sobre ambos temas.
En cuanto a su producción narrativa, los críticos suelen distinguir dos etapas en su actividad novelística.
En la primera, correspondiente a su época juvenil, aparece como un escritor realista con una visión pesimista de la vida, que se trasluce a través de una sutil ironía. Pertenecen a esta etapa una serie de novelas en parte autobiográficas (el protagonista de las novelas, Alberto Díaz de Guzmán, o Bertuco, es el alter ego del autor, que tomó el apellido de unos parientes suyos de Logroño con los que vivió unos meses) como Tinieblas en las cumbres (1907), historia cruda de libertinaje, publicada con el pseudónimo de Plotino Cuevas, que noveliza la historia real del viaje en tren desde Oviedo al puerto de los señoritos y las pupilas del más lujoso burdel de Oviedo, para ver un eclipse de sol; también aparece la idea del artista desencantado con su educación castrante y burguesa que persigue una pureza regeneradora; la estética alterna naturalismo, decadentismo y Modernismo; otro personaje de la novela reaparecerá después, la obrerita seducida, con un hijo y convertida en hetaira para poderlo mantener, Rosina; la obra termina con una apoteosis de nihilismo; La pata de la raposa (1911), segunda parte de la anterior, análisis del amor puro y sensual; A. M. D. G. (1910), obra de carácter antijesuítico que causó un cierto escándalo en su descripción de la vida de un colegio de internado administrado por jesuitas, del cual se escapa un chico, y donde algún sacerdote da rienda suelta a sus tendencias pedófilas; Troteras y danzaderas (1913), descripción de la vida bohemia de Madrid. En estas novelas se realizan algunos experimentos narrativos, como la alternancia de puntos de vista en contrapunto.
De transición pueden considerarse las novelas cortas recogidas en Bajo el signo de Artemisa (1916), que son Prometeo, Luz de domingo, La caída de los limones y El ombligo del mundo, donde se encuentra una visión muy negra y sórdida de la brutalidad y violencia caciquista de la vida rural.
Con Belarmino y Apolonio (1921) empieza su segunda etapa, donde abandona el realismo en favor del simbolismo caricaturesco y el lenguaje se recarga con componentes ideológicos propios del ensayo. En ella analiza el tema de la duda trascendental en un alma profundamente religiosa. Pertenecen también a esta etapa Luna de miel, luna de hiel (1923) y su segunda parte, Los trabajos de Urbano y Simona (1923) recogidos luego en una sola obra con el título de la segunda. Se trata de la historia de dos jóvenes educados tan estrictamente que no saben qué es el sexo y se les concierta su casamiento; pero no hacen nada sexual y deciden llevarlos al campo para que en contacto con la naturaleza desarrollen sus instintos reprimidos. Hay puntos de contacto con otra novela de Miguel de Unamuno, Amor y pedagogía. Tigre Juan (1926) es considerada como la mejor novela de Pérez de Ayala, y refleja la evolución de un hombre extremadamente machista hacia una comprensión más humana mediante el torcedor de la infidelidad de su mujer. La segunda parte, El curandero de su honra, constituye un sutilísimo examen psicológico del machismo, que coloca a Pérez de Ayala en la cima de la narrativa psicológica en castellano.
El estilo de Ramón Pérez de Ayala se caracteriza por la ironía y el uso de un lenguaje muy refinado, donde abundan las alusiones, las citas encubiertas y la intertextualidad, por la abundancia de cultismos y helenismos y por el uso ocasional de las técnicas degradantes del esperpento. El perspectivismo y el contrapunto son técnicas que a veces utiliza, dividiendo incluso la página en dos columnas para contrastar puntos de vista. En su primera etapa reproduce de forma casi naturalista los sonidos.
En el imagen Ramón Pérez de Ayala:
