Наукові інтереси Ю. Долженка фокусуються в царині антропології народів Київської Русі та населення XIV–XX ст. з території України (краніометрія, краніоскопія, морфологія черепа людини). Тема дисертації: Населення давньоруського Чернігова за антропологічними даними. Він є автором 100 друкованих праць, серед яких 37 у співавторстві. Статті публікувалися в наукових виданнях України, Чехії і Російської Федерації.