Năm 1940 ông đã phát triển hệ thống phân loại của mình cho thực vật có hoa, trong đó nhấn mạnh các quan hệ phát sinh loài giữa các dạng thực vật. Hệ thống của ông đã không được biết đến đối với các nhà thực vật học phương Tây cho tới tận sau năm 1950, và vào cuối thập niên 1950 ông bắt đầu trao đổi thư từ và cộng tác với nhà thực vật học có danh tiếng người Mỹ là Arthur Cronquist, mà hệ thống phân loại của ông này đã chịu ảnh hưởng rất nhiều từ sự cộng tác với Takhtajan và các nhà thực vật học khác ở viện Komarov.

"Hệ thống Takhtajan" về phân loại thực vật có hoa coi thực vật có hoa như là một ngành (divisio/phylum), gọi là Magnoliophyta, với 2 lớp là Magnoliopsida (thực vật hai lá mầm) và Liliopsida (thực vật một lá mầm). Hai lớp này được phân chia tiếp thành các phân lớp, và sau đó là các siêu bộ, bộ và họ. Hệ thống Takhtajan là tương tự như hệ thống Cronquist, nhưng với một độ phức tạp hơn một chút ở các cấp cao nhất. Ông thích các bộ và họ nhỏ hơn, để cho phép các đặc trưng và quan hệ tiến hóa có thể dễ dàng nhận thấy hơn. Hiện nay, hệ thống phân loại của Takhtajan vẫn còn duy trì được ảnh hưởng của nó; ví dụ nó được sử dụng trong phân loại của Vườn thực vật Montréal.

Takhtajan cũng là người phát triển hệ thống các khu vực quần thực vật.