Với những thất bại và tan rã liên tục của các cuộc cách mạng và phong trào công nhân, Marx cũng tìm cách tìm hiểu chủ nghĩa tư bản, và giành rất nhiều thời gian trong Thư viện Anh nghiên cứu và phê bình các tác phẩm của các nhà kinh tế chính trị và dữ liệu kinh tế. Tới năm 1857 ông đã có hơn 800 trang ghi chú và tiểu luận ngắn về tư bản, đất đai, lương lao động, nhà nước, thương mại nước ngoài và thị trường thế giới, mãi tới năm 1941 tác phẩm này mới được xuất bản, dưới tựa đề Grundrisse. Năm 1859, Marx xuất bản Đóng góp vào phê bình kinh tế chính trị, tác phẩm kinh tế nghiêm túc đầu tiên của ông. Đầu những năm 1860 ông làm việc để soạn ra ba tập lớn, Các lý thuyết giá trị thặng dư, bàn về các nhà lý thuyết kinh tế chính trị, đặc biệt là Adam Smith và David Ricardo. Tác phẩm này được xuất bản sau khi ông mất với sự biên tập của Karl Kautsky và thường được coi là tập thứ tư của cuốn Tư bản, và tạo nên một trong những chuyên luận đầy đủ đầu tiên về lịch sử tư tưởng kinh tế. Năm 1867, khá lâu sau dự định, tập đầu của Tư bản được ấn hành, một tác phẩm phân tích các quá trình sản xuất tư bản. Trong tác phẩm này, Marx trình bày chi tiết lý thuyết giá trị lao động của mình và ý tưởng về giá trị thặng dư và bóc lột mà ông cho là sẽ chắc chắn dẫn tới sự sụt giảm trong tỷ lệ lợi nhuận và sự sụp đổ của chủ nghĩa tư bản công nghiệp. Các Tập II và III vẫn chỉ ở dạng bản thảo và Marx tiếp tục làm việc với chúng trong suốt cả cuộc đời và chỉ được Engels xuất bản sau khi ông mất.