Raziskovalno delo Mihe Kosija se osredotoča na srednjeveško zgodovino srednjeevropskega prostora, zlasti obdobje med 10. in 16. stoletjem. Tematike njegovega raziskovanja so osredotočene na slovenski prostor in predvsem njegovo vključenost v širši evropski kontekst. Kot zgodovinar in geograf z interdisciplinarnim in primerjalnim pristopom obravnava probleme nastanka in zgodnjega razvoja mest, prometnih in trgovskih tokov, razvoj dežel in meja, vlogo političnih elit (grofje Celjski), vprašanja križarskih vojn in viteških redov ter historično-geografske tematike (zgodovinski atlasi, historična topografija).
Med pomembnejšimi znanstvenimi dosežki so monografije Potujoči srednji vek o srednjeveškem prometu na Slovenskem, Zgodnja zgodovina srednjeveških mest o začetkih urbanega razvoja ter Spopad za prehode proti Jadranu in nastanek dežele Kras, o do sedaj spregledanem vprašanju političnega razvoja kraškega območja v 15. in 16. stoletju. Je avtor srednjeveškega poglavja v obsežnem kolektivnem delu Slovenski zgodovinski atlas (2011). Vodi projekt Zgodovinski atlas Ljubljane, ki bo po enotnih mednarodnih smernicah predstavil urbani razvoj mesta od začetkov do sodobnosti
Z aktivnim delovanjem v organizacijah ICHT (International Commission for the History of Towns) in IHKEDO (Internationale Historische Kommission zur Erforschung des Deutschen Ordens) ustvarja mednarodne znanstvene povezave in omogoča prezentacijo slovenske znanosti v širšem evropskem okviru (organizacija dveh mednarodnih konferenc v Ljubljani 2025 in 2026).
Aktualno in bodoče raziskovalno delo je v veliki meri osredotočeno na problematiko grofov Celjskih (internetni portal Umetnostna dediščina grofov Celjskih; edicija virov celjskih grofov), na pripravo zgodovinskih atlasov slovenskih mest in raziskovanje srednjeveške urbanizacije širšega slovenskega prostora.

• Špitali na Slovenskem v srednjem veku. V: KEBER, Katarina (ur.), BRATOŽ, Urška. Epidemije in zdravstvo : zgodovinski pogled, Miha Kosi. Založba ZRC, 2024.
• The history of Slovenia : the Middle Ages to the present. V: The geography of Slovenia : small but diverse. Miha Kosi, Miha Preinfalk, Petra Svoljšak. Cham: Springer Nature, cop. 2020.
• Potujoči srednji vek : cesta, popotnik in promet na Slovenskem med antiko in 16. stoletjem, Miha Kosi. 1998. Ljubljana: ZRC SAZU, Založba ZRC
• Zgodnja zgodovina srednjeveških mest na Slovenskem : primerjalna študija o neagrarnih naselbinskih središčih od zgodnjega srednjega veka do 13. stoletja
• Spopad za prehode proti Jadranu in nastanek "dežele Kras" : vojaška in politična zgodovina Krasa od 12. do 16. stoletja
• The Babenberg Dukes of Austria : crusaders "par excellence"
• Representative buildings of the Counts of Cilli : an expression of dynastic propaganda
• The Fifth Crusade and its aftermath : crusading in the southeast of the Holy Roman Empire in the first decades of the thirteenth century
• Ljubljana/Laibach in the southeast of the empire : the case of environmental relations of a Medieval city
• Das östliche transalpine Tor : Krain als "Transitland" im späten Mittelalter
• The beginnings of Medieval towns in the Slovenian lands and their "founders" : controversies and new interpretations
• Interaction between the city and its environment : the case of late Medieval Ljubljana
• Stadtgründung und Stadtwerdung : Probleme und Beispiele aus dem slowenischen Raum, Miha Kosi. 2009
• The age of the crusades in the South-East of the Empire : between the Alps and the Adriatic, Miha Kosi. 2001
• Die mittelalterlichen Städte Sloweniens im Lichte der Verkehrsverbindungen
• Gospodje Turjaški in plemiški svet na jugovzhodu cesarstva
• "Grbovna knjiga" gradu Turjak : umetnina kot odsev plemiške identitete
• Celjska klientela : socialna in prostorska mobilnost plemstva v službi grofov Celjskih
• Graffschaft Mettling : razvoj dežele in deželnega plemstva metliške grofije od 13. do konca 15. stoletja
• Sava kot prometna povezava Kranjske in hrvaških dežel v poznem srednjem in zgodnjem novem veku : (13.-18. stoletje)
• Zgodovina mest na Slovenskem - revizija in perspektive
• Križarske vojne
• Grajska politika - primer grofov Celjskih
• Dežela, ki je ni bilo : Posavinje med Kranjsko in Štajersko od 11. do 15. stoletja, Miha Kosi. 2008
• "Onstran gore, tostran Ogrske" : (Bela krajina v poznem srednjem veku), Miha Kosi. 2008
• Začetki mesta Slovenj Gradec : prispevek k nastanku mest na jugovzhodnem Koroškem v srednjem veku https://plus.cobiss.net/cobiss/si/sl/bib/28297005
• Morejska kronika in koroški vojvoda v bitki pri Pelagoniji leta 1259
• Cruciferi - Crucesignati : prispevek k zgodovini križarskih vojn in križarskih viteških redov v 12.-13. stoletju, Miha Kosi. 2005
• Predurbane ali zgodnjeurbane naselbine? : Civitas Pettouia, Carnium/Creina in druga centralna naselja neagrarnega značaja v zgodnjem srednjem veku. Del 1, Miha Kosi. 2005
• Freisinški škofje kot ustanovitelji meščanskih naselbin in začetki mesta Škofja Loka = Freisinger Bischöfe als Städtegründer und das Werden der Stadt Bischoflack, Miha Kosi. 2003
• --- quae terram nostram et Regnum Hungariae dividit --- : razvoj meje cesarstva na Dolenjskem v srednjem veku, Miha Kosi. 2002
• Templarji na Slovenskem : prispevek k reševanju nekaterih vprašanj srednjeveške zgodovine Prekmurja, Bele Krajine in Ljubljane, Miha Kosi. 1995. Ljubljana: Zveza zgodovinskih društev Slovenije

• Umetnostna dediščina grofov Celjskih (01. oktober 2022 - 30. september 2026)
• Temeljne raziskave slovenske kulturne preteklosti (raziskovalni program • 01. januar 2022 - 31. december 2027)
• Zgodovinski atlas slovenskih mest (temeljni raziskovalni projekt • 01. julij 2018 - 30. junij 2022)
• Družbena in identitetna mobilnost v slovenskem prostoru med poznim srednjim vekom in razpadom Habsburške monarhije (temeljni raziskovalni projekt • 01. januar 2016 - 31. december 2018)
• Slovenski toponimi v času in prostoru (Historična topografija Slovenije od srednjega veka do 19. stoletja) (temeljni raziskovalni projekt • 01. julij 2011 - 30. junij 2014)
• Človek, narava in okolje med severnim Jadranom in vzhodnimi Alpami v predmodernih obdobjih (temeljni raziskovalni projekt • 01. julij 2011 - 30. junij 2014)
• Elenchus fontium historiae Slovenicae urbanae. – Objava izbora virov za slovensko urbano zgodovino (temeljni raziskovalni projekt • 01. februar 2008 - 30. januar 2011)
• Vojaki iz slovenskega prostora na tujih tleh v preteklosti (temeljni raziskovalni projekt • 01. junij 2006 - 31. maj 2008)
• Študije za sintezo zgodovine slovenskih mest v dobi fevdalizma (do 1848) (temeljni raziskovalni projekt • 01. julij 2004 - 30. junij 2007)

• slovenski predstavnik pri Mednarodni komisiji za zgodovino mest ICHT (International Commission for the History of Towns) od 2022
• predstavnik v delavni skupini za zgodovinske atlase (Atlas Working Group) pri ICHT, od 2014
• slovenski predstavnik pri Mednarodni komisiji za proučevanje nemškega viteškega reda IHKEDO (Internationale Historische Kommission zur Erforschung des Deutscen Ordens) od 2022
• član Mednarodnega združenja za proučevanje križarskih vojn in latinskega vzhoda (ISSCLE) od 2010
• član uredniškega odbora zbirke Thesaurus memoriae
• član uredniškega odbora revije Kronika
• član uredniškega odbora zbirke SHT (Slovenska historična topografija)