Выдающийся инженер-нефтяник, изобретатель турбобура, основоположник турбинного бурения; построил вместе с Шуховым первый советский крекинг-завод.

В 1922 году совместно с С. М. Волохом и Н. А. Корневым изобрёл турбобур — гидравлический забойный двигатель для бурения скважин. С «турбобура системы Капелюшникова» началась история турбинного бурения. Предложенный способ бурения позволил вращать не все трубы в скважине, а только сам бурильный инструмент, что привело к значительной экономии энергии. Впоследствии этот способ бурения нефтяных и газовых скважин стал общепринятым.

Приоритет изобретения турбобура был признан в Великобритании (патент от 11 марта 1925 г.) и в СССР (патент от 31 августа 1925 г.). В 1924 турбобур был испытан в Сураханах.

Турбобур был показан на выставке в США, где работал на 60% быстрее, чем традиционные в то время роторные установки, а энергии расходовал в 3 раза меньше.

В 1931 году по проекту М. А. Капелюшникова и В. Г. Шухова в Баку построен первый советский крекинг-завод. С 1931 по 1934 год М. А. Капелюшников работал директором этого завода.

В 1939 году М. А. Капелюшников совместно с инженером С. Л. Залкиным внедрил в производство пневматическое управление буровыми скважинами. В 1949 году в соавторстве с В. М. Фокеевым им было предложено нагнетание в пласт газа высокого давления для повышения нефтеотдачи. Кроме того, М. А. Капелюшников разработал ряд аппаратов и механизмов, облегчающих и механизирующих бурение скважин (в том числе механизированную установку свечей), которые были внедрены на ряде промыслов.

Предложил оригинальную технологию выработки толуола непосредственно на нефтеперерабатывающих установках, давшую существенную экономию.

В 1952 установил факт растворения нефти в газе под значительным давлением, что даёт возможность объяснить условия миграции нефти и формирования её залежей.