Над своей помологической системой Андрей Тимофеевич работал в общей сложности около восьми лет (1793—1801, без учета предварительных исследований, опубликованных в 1780 г.). Ее теоретическая часть разрабатывалась в 1793—1796 гг. К сожалению, своевременно работа не была опубликована, в результате отцом научной помологии стали считать немецкого ученого Диля, хотя он предложил свою систему лишь в 1799 г.
Судьба томов помологической работы различна. Первые семь после смерти Андрея Тимофеевича перешли к его сыну Павлу, который в 1837 г. подарил их Российскому обществу любителей садоводства. В 1901 г. Общество передало рукописи Румянцевскому музею. В настоящее время они хранятся в Библиотеке им. В. И. Ленина. Восьмой том, по-видимому, был написан намного позднее, чем предыдущие, он не был закончен и находился отдельно, в результате чего попал к другому наследнику. В конечном счете том оказался в Библиотеке им. М. Е. Салтыкова-Щедрина (Ленинград).
Первый том (его черновой экземпляр не сохранился, имеется переписанный в 1800 г.) основной, состоит из трех разделов: предисловия, общей части (научные принципы описания сортов) и специальной части (описание и изображение некоторых сортов). Остальные тома представляют продолжение специальной части, не имеют никаких предисловий, а содержат описание сортов и снабжены их акварельными зарисовками.
Все рисунки плодов сделаны в натуральную величину, и каждый занимает отдельную страницу. На ней же имеется название сорта, иногда с синонимами, указано, в каком саду, под какими номерами находились деревья этого сорта, а также отметки: «погибло», «превращено» (перепривито другим сортом). Эти пометки имеют большое значение, поскольку по ним можно судить о качестве сортов.
Всего сортов 661, по томам они распределяются так: I —с № 1 по № 54, все яблони; II —с № 55 по № 140, 65 яблонь, 21 груша; III — с № 141 по № 221, все яблони; IV — с № 222 по № 300, все яблони;
V — с № 301 по № 400, 5 груш, остальные яблони;
VI — с № 401 по № 500, все яблони; VII — с № 501 по № 600, 13 груш, остальные яблони; VIII — с № 601 по № 661.
В конце третьего тома Болотов приложил четыре реестра, составленных в алфавитном порядке, с указанием номера сорта, тома и страницы описания. В первом реестре собраны сорта, находившиеся в саду Болотова в 1808 г., во втором — перепривитые, в третьем — погибшие от мороза, в четвертом — из чужих садов.
В своих садах Болотов собрал большое количество сортов яблонь и груш из различных мест России.
Испытывая их по комплексу признаков, он отбирал лучшие и выбраковывал плохие, перепрививая их другими сортами. Насколько правильной была оценка Болотова, можно видеть из перечня тех сортов, которые он считал лучшими и употреблял для перепрививки (в скобках число деревьев, перепривитых данным сортом): Апорт (37), Титовка (28), Боровинка (34), Плодовитка (30), Анисовка (10), Дворяниновка (10), Андреевка (13), Грушовка (3), Скрижапель (3).
Из этого перечня видно, что большинство сортов, считавшихся Андреем Тимофеевичем лучшими, сохранили свое значение и до настоящего времени.
В общей части сочинения А. Т. Болотов довольно подробно анализировал признаки и свойства яблонь и груш, которые он положил в основу своей помологической системы и которыми предлагал руководствоваться при определении сортов.
Размеры плодов, хотя и позволяют по средним величинам отличать один сорт яблони от другого, очень сильно варьируют внутри сорта и даже на одном дереве. Поэтому Болотов, сначала делавший точные промеры плодов, затем отказался от использования абсолютных величин для характеристики сортов и ограничился разделением их по величине плодов на следующие пять условных классов: мелкие (мельче куриного яйца), малые (с куриное яйцо), средние (с яйцо индейки), крупные (с гусиное яйцо), большие (в окружности более 6 вершков). Впрочем, в описании сортов Болотов пользовался другой, более точной классификацией, разделяя плоды на 12 классов в зависимости от длины окружности. При этом он никогда не судил по случайно взятому плоду, а ориентировался на большинство плодов этого сорта.
Форму плодов Болотов считал более важным признаком, а для некоторых сортов даже «характеристичным». Все плоды по этому признаку он делил на правильные, с подразделением на шаровидные, овальные, яйцевидные, конические, репчатые, плоские (еще более сплющенные по сравнению с репчатыми); остроносые; неправильные, с подразделением на кособокие, надрезиые, ребристые, трехсторонние, шипообразные (с верхушкой наподобие шипа), плоскодонные, бородавчатые.