Протягом 48 років викладацької роботи підготував понад 12 нормативних і спеціальних курсів, які читав і зараз читає студентам Саратовського юридичного інституту ім. Д. І. Курського, Київського державного університету ім. Т. Г. Шевченка, Києво-Могилянської академії та Дипломатичної академії України, Міжнародного Соломонова Університету. Виступав з окремими лекціями в університетах Канади, Франції, Німеччини, Польщі, Марокко. Підготував 18 кандидатів наук з конституційного і міжнародного права, політології. У 1970 р. йому присвоєно вчене звання доцента, у 1993 р. — вчене звання професора.
Загальний науковий доробок П. Мартиненка — це понад 220 наукових і науково-методичних праць, у тому числі понад 12 монографій та навчальних посібників, зокрема: «К вопросу о применении некоторых философских категорий при изучении Конституции» (1965), «К normativno- pravnej povahe ustavnych noriem a ich forme» (1968), «Социология международных отношений» (1969), «Федерализм и внешние сношения в конституционном праве США» (1970), «Міжнародне право» (1971, підручник; у співавторстві), «Cours de Droit iterna- tional public» (Bangui, 1974, навч. посібник), «Precis de Droit adminis- tratif francais» (Bangui, 1975, навч. посібник), «Les extraits des textes constitutionals relatifs aux Affaires Etrangeres (les modeles compares)» (Bangui, 1975), «Международное сотрудничество государств в области прав человека» (1987, у співавторстві), «Сравнительное конституционное право» (1987), «Эволюция современного буржуазного государства и права» (1991, у співавторстві), «Юридична наука та освіта на Україні» (1992, у співавторстві), «Constitutional
Justice and Democracy by Referendum» (Strasbourg, 1996, у співавторстві), «Коментар до Конституції України» (1996, 1998, у співавторстві), «Giustizia constituzionale e sviluppo democratico nei paesi dell’Europa centro-orientale» (Torino, 2000, у співавторстві), «L’influence de la jurisprudence de la Cour Europeenne des Droits de l’Homme sur l’activite des Cours constitutionnelles d’Europe centrale et orientale»
(Clermont-Ferrand, 2003, у співавторстві), «Droit a la vie et la Cour Constitutionnelle: Experiance ukraini- enne quant a l’abolition de la peine de mort» (Strasbourg, 2004), «Конституція і конституціоналізм: вибіркові проблеми» (2007, у співавторстві) та ін. Праці професора П. Мартиненка опубліковано за кордоном у 10 країнах світу (Росія, США, Канада, Мексика, Франція, Іспанія, Італія, Чехія, Польща, Південна Корея).
П. Мартиненко брав активну участь у законопроектних роботах, зокрема, у розробці Закону «Про мови в Українській РСР» (1989 р.), «Декларації про державний суверенітет України» (1990 р.), «Концепції Договору про Співдружність Держав» (1990 р.), «Концепції нової Конституції України» (1991 р.), проектів Конституції України у складі Робочих груп Конституційної комісії України (1991-1996).
Як експерт Міністерства закордонних справ України здійснював експертизу проектів важливіших установчих документів СНД; брав участь у роботі органів Ради Європи. За участю П. Мартиненка розроблено Європейську конвенцію з питань громадянства в Раді Європи (1997). Петро Федорович входить до групи експертів з питань людського виміру при ОБСЄ. Як незалежний експерт Регламентарного комітету і Венеціанської комісії Ради Європи брав участь у розробленні проекту резолюції стосовно імунітетів членів Парламентської асамблеї (м. Бухарест, 2003), в обговоренні шляхів імплементації рішень Європейського суду з прав людини в діяльність інститутів конституційної юрисдикції держав-учасниць (м. Мадрид, 2004). У 1992-1996 рр. був заступником Представника України у Венеціанській Комісії Ради Європи. Нині працює незалежним експертом у групі СВС-1 Європейської комісії проти расизму і нетолерантності (ECRI) Ради Європи, відповідальним за Італію.
П. Мартиненко брав активну участь у розробці проекту нині чинного Закону України «Про Конституційний Суд України» від 16 жовтня 1996 р. Пізніше, будучи суддею у складі цього Суду, він був суддею-доповідачем у складних судових справах щодо компетенції Рахункової палати, офіційного тлумачення ст. 159 Конституції України, скасування смертної кари в Україні, скасування ратифікації Україною Європейської хартії регіональних і міноритарних мов, скасування приєднання Верховної Ради України до Міжпарламентської асамблеї СНД тощо.
П. Мартиненко є заслуженим юристом України (1998). Кавалер орденів «За заслуги» ІІІ ступеня (1996), «За заслуги» II ступеня (2001). Володар багатьох відзнак: «Почесної відзнаки» Президента України (1996, «За активну законотворчу роботу, участь у розробці, підготовці та прийнятті Конституції України»); «Почесної Грамоти Верховної Ради України» (2006, «За особливі заслуги перед Українським народом»); «Почесної Грамоти» Міністерства закордонних справ України (2002); «Почесної відзнаки» Конституційного Суду України (2006), «Почесної Грамоти» Міністра вищої і середньої спеціальної освіти СРСР (1987, 1984, 1962); «Благодарности» від Посольства СРСР у ЦАР (1976). За підсумками 2008 р. став лауреатом відзнаки Асоціації правників України — золота медаль «За честь і професійну гідність».
