Автор классификации нефелинсодержащих пород. Установил, что в Хибинах проявлен мощный доледниковый процесс химического выветривания, который ранее отвергался, обнаружил современную площадную циркониевую кору выветривания.
М. Д. Дорфман участвовал в открытии ряда новых минералов, был автором первых находок в СССР дельхайелита (на Юкспоре), кридита (в Акчатау) и др. Более 50 лет М. Д. Дорфман проработал в Минералогическом музее РАН, где он долгое время был организатором заседаний научного кружка, история которого начиналась при А. Е. Ферсмане в 1920-е годы. В честь М. Д. Дорфмана назван минерал Дорфманит.
Автор более 120 печатных работ, в том числе трёх монографий: «Минералогия пегматитов и зон выветривания в ийолит-уртитах горы Юкспор Хибинского массива.» М., 1962, 168 с.; Соавтор монографии «Минералогия Хибинского массива», удостоенной в 1983 г. премии им. А. Е. Ферсмана; «Минералогические и геохимические особенности Хан-Богдинского массива щелочных гранитов (Монгольская Народная Республика)» М.: Наука, 1981, 134 с.(в соавторстве с Н. В. Владыкиным и В. И. Коваленко)