Galvenā P. Zālīša pētījumu tēma ir mežaudzes ražība un ūdens bilance mežā kā vienotā funkcionējošā sistēmā. Aproksimējis matemātiskos modeļus starp mežaudzes (koku stāvs, augsnes fizikālās īpašības) un ūdens sistēmas komponentiem (atmosfēras nokrišņi, gruntsūdeņi, pazemes spiedes ūdeņi un promtekas). Modelējot laika rindu datus, aprēķinājis, ka lietainās vasarās potenciālā iztvaikošana (evapotranspirācija) mežā par 250 mm pārsniedz iztvaikošanu nemeža zemēs un par 100 mm iztvaikošanu no atklātas ūdens virsas, bet sausās vasarās mežs un nemeža zeme iztvaiko aptuveni vienādi. Noskaidrojis, ka palielināts mitrums mežaudzē vasaras pirmajā pusē neietekmē meža ražību, bet vasaras otrajā pusē koku sakņu applūšana audzes ražību samazina.
P. Zālītis noskaidrojis, ka Latvijā pārmitro mežu izplatību ietekmē pazemes spiedes ūdeņi – 86 % no mežiem ar kūdras augsnēm un 60 % no mežiem ar pārmitrām minerālaugsnēm atrodas vietās, kur notiek pazemes ūdeņu izplūde, savukārt atmosfēras nokrišņi meža pārpurvošanos izraisa reti. Pazemes spiedes ūdeņi ir galvenie minerālo barības vielu piegādātāji pārmitros mežos. P. Zālītis uzskatīja, ka meža hidromeliorācija ir efektīvākais paņēmiens, lai paaugstinātu pārmitro mežu ražību, un noskaidroja, ka efektīvu meža hidromeliorāciju iespējams veikt bez zaudējumiem Latvijas ūdenssaimniecībai.
Pēc Latvijas neatkarības atjaunošanas nozīmīga P. Zālīša zinātniskā darbība saistīta ar mežkopības teoriju un praksi. Pamatojoties uz pētījumiem un ierīkotajiem ilgtermiņa eksperimentiem, P. Zālītis devis nozīmīgu ieguldījumu mūsdienu Latvijas mežkopības prakses veidošanā, pamatojot un popularizējot intensīvu jaunaudžu kopšanu (retināšanu). Uz P. Zālīša pētījumu pamata Latvijā ieviesta egļu mežaudžu augšanas potenciāla novērtēšana, lietojot pēdējo piecu gadu vidējo stumbra gadskārtas platumu.
Lai uzlabotu koku augšanas apstākļus meliorētos zāļu un pārejas purvos, P. Zālītis ierosināja augtenes bioloģisko aktivizēšanu ar mēslojumu, kas satur kāliju (kālija nitrāts, kālija magnezīts).
P. Zālītis attīstīja pieeju meža bioloģiskās daudzveidības saglabāšanai un tās novērtējumam, izmantojot Latvijas meža tipoloģijā balstītu saudzes kvartālu tīklu, kā arī ekosistēmu daudzveidības vērtējumā izmantojot Latvijas meža nogabalu (biotopu) aprakstu datu bāzi.