Bekannt ist Misner für seinen kosmologischen Ansatz des „Mixmaster-Universums“[4] (als Modell einer chaotischen, oszillierenden kosmologischen Entwicklung), die Arnowitt-Deser-Misner-Massendefinition[5] und die Arnowitt-Deser-Misner (ADM) Form der Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie (in einer „Hamiltonschen Form“ von Bewegungsgleichungen durch Aufteilung in dreidimensionale raumartige Hyperflächen und Einführung einer zeitartigen Koordinate).[6][7] Mit seinem Studenten Beckedorff[8] gab er sehr früh in den 1960er Jahren als Fortentwicklung der Oppenheimer-Snyder-Behandlung eines Gravitationskollapses eine Lösung der Feldgleichungen für das an, was später Schwarzes Loch genannt wurde. Später beschäftigten sich Misner u. a. mit numerischer Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Mit seinem Lehrer John A. Wheeler und Kip Thorne verfasste er 1973 das Lehrbuch Gravitation, welches bis heute (2023) als Standardwerk gilt. Mit Patrick Cooney veröffentlichte er 1991 das Buch Spreadsheet Physics über die Verwendung von Tabellenkalkulationsprogrammen im Physik-Unterricht.
R. Arnowitt, S. Deser, C. W. Misner: The dynamics of General Relativity. In: Louis Witten: Gravitation. An introduction to current research. 1962, arxiv:gr-qc/0405109
Charles Misner: Differential geometry and differential topology, in De Witt/De Witt, Relativity groups and topology, Les Houches Lectures, Blackie 1964
Charles Misner, D. H. Sharp: Relativistic equations for adiabatic, spherically symmetric gravitational collapse, Phys. Rev. B, Band 146, 1964, S. 571–576
Charles Misner: Relativistic equations of spherical gravitational collapse with escaping neutrinos, Phys. Rev. B, Band 137, 1965, S. 1360–1364
Charles Misner: Taub-NUT space as a counterexample to almost everything, in: Lectures in applied mathematics, Band 8, 1967, S. 160
Charles Misner: The isotropy of the universe, Astroph. J., Band 151, 1968, S. 43–457
Charles Misner, Abraham Taub: A Singularity-free empty universe, Sov. Phys. JETP, Band 28, 1969, S. 122
Charles Misner: Absolute zero of time, Phys. Rev., Band 186, 1969, S. 1328–1333
Charles Misner: Gravitational collapse, in: Chretien, Deser, Goldstein, Astrophysics and General Relativity, Band 1, Gordon and Breach, 1969
Charles Misner: Classical and quantum dynamics of a closed universe, in: Carmeli, Fickler, Witten, Lectures on general relativity, Plenum 1970
Charles Misner: Stability of Kerr black holes against scalar perturbation, Bull. Am. Phys. Soc., Band 17, 1972, S. 472
Charles Misner: Minisuperspace, in John R. Klauder, Magic without Magic, Freeman 1972
Charles Misner, John Archibald Wheeler: Conservation laws and the boundary of a boundary, in Shelest: Gravitation, Problems and Prospects, Kiew 1972
Charles W. Misner, Patrick A. Cooney: Spreadsheet Physics, Addison-Wesley 1991
Charles W. Misner, Kip S. Thorne und Wojciech Zurek: John Wheeler, relativity, and quantum information. In: Physics Today 62, April 2009, S. 40–46 (über seinen Lehrer John A. Wheeler).
↑Misner: Mixmaster Universe, Physical Review Letters, Band 22, 1969, S. 1071–1074.
↑Arnowitt, Deser, Misner, Coordinate Invariance and Energy Expressions in General Relativity, Physical Review, Band 122, 1961, S. 997.
↑Arnowitt, Deser, Misner: Dynamical structure and definition of energy in General Relativity, Physical Review, Band 116, 1959, S. 1322
↑Arnowitt, Deser, Misner, Canonical Variables in General Relativity, Physical Review, Band 117, 1960, S. 1595.
↑Thesis 1962, Vortrag von Misner 1963 in Gold „The nature of Time“ 1967 als „Infinite Redshift in General Relativity“. Sie stückelten eine Friedmann-Lösung mit verschwindendem Druck im Innern einer Kugel und den Außenraum der Schwarzschild-Lösung zusammen.