Основное дошедшее до нас сочинение Феодосия называется «Сферика» (????????). Оно состоит из трёх книг. Первая книга содержит 6 определений и 23 предложения, носящих элементарный характер. В 23 предложениях второй книги рассматриваются свойства кругов, наклонных друг к другу. Третья книга состоит из 14 предложений, относящихся к системам параллельных и пересекающихся кругов на сфере. Здесь выясняется служебная роль сферики по отношению к астрономии, хотя все теоремы сформулированы и доказаны чисто геометрически, без упоминания реальных астрономических объектов.
Кроме «Сферики», в греческом оригинале сохранились ещё два сочинения Феодосия. Небольшой трактат «О жилищах» (???? ????????) посвящён описанию звёздного неба с точки зрения наблюдателей, находащихся в разных земных широтах. В трактате «О днях и ночах» (???? ?????? ??? ??????), состоящем из двух книг, рассматривается дуга эклиптики, которую проходит Солнце за один день, и исследуются условия, необходимые для того, чтобы при равноденствиях день и ночь действительно равнялись друг другу.
«Сферику» Феодосия на арабский язык впервые перевёл Куста ибн Лукка ал-Баалбаки; его перевод,ведённый до 5 предложения II книги, был завершён Сабитом ибн Коррой.Существуют многочисленные комментарии к этому и другим сочинениям Феодосия, составленные восточными учёными XIII–XV веков, среди которых можно назвать таких крупных математиков и астрономов, как Насир ад-Дин ат-Туси, Мухи ад-Дин Яхья ал-Магриби и других.