وأهم ما يميز هذا المعجم -عدا نظامه- أن مؤلفه لم يجمع مفرداته عن طريق استقراء ألفاظ اللغة، وتتبعها في مؤلفات السابقين، وجمعها من شفاه الرواة، وإنما جمعها بطريقة منطقية رياضية، حيث لاحظ أن الكلمة العربية قد تكون ثنائية وقد تكون ثلاثية، وقد تكون رباعية وقد تكون خماسية.
وفي كل حالة إذا أمكن تبديل حروف الكلمة إلى جميع احتمالاتها "بالانتقال من حرف هجائي إلى الذي يليه" وأمكن تقليب أماكن هذه الحروف إلى جميع أوجهها الممكنة يكون الحاصل معجمًا يضم جميع كلمات اللغة من الناحية النظرية. ولكن لا توجد لغة تستخدم جميع إمكانياتها النظرية، ولهذا كان لا بد للخليل بعدالإحصاء النظري أن يميز بين المستعمل من هذه الصور والمهمل١ وقد فعل ذلك، واستفاد في تمييز المستعمل من المهمل بثقافته اللغوية الخصبة، وبخبرته الصوتية الباهرة، ومعرفته بالتجمعات الصوتية المسموح بها وغير المسموح بها في اللغة العربية. وبذا حكم القوانين الصوتية إلى جانب تحكمة للمادة اللغوية المسجلة.
وإذا تصورنا كيفية حصر الخليل للمادة اللغوية في أبواب الثنائي والثلاثي الصحيح، فإننا نفترض أنه قام بصنيع يشبه الجداول الآتية٢ لجمع مواد اللغة "التوافيق" ثم قام بتقليب أصوات كل مادة ليحصل على الصور العقلية الممكنة "التباديل":

١ يكاد يتطابق مفهوم "المستعمل" عند الخليل مع مفهوم "المورفيم" عند المحدثين "المورفيم: أصغر وحدة ذات معنى" أما مفهوم المهمل فيشمل ما يسمى بالمصطلح الحديث "مورف" ويشمل غيره. وذلك لأن المهمل إذا كانت قوانين اللغة الصوتية تسمح به ولكن حدث بمحض الصدفة أن أهمل يسمى "مورفا". أما إذا كانت قوانين اللغة الصوتية لا تسمح به ولا يتصور أن يستخدم في وقت ما فلا يسمى "مورفا" ولكنه هو و"المورف" داخلان في مفهوم المهمل عند الخليل.
٢ أهملت العين مع الحاء والهاء والخاء والغين من الثنائي وبدأت بالعين والقاف. وأهملت العين والحاء مع ما يثلثهما، وبدأت أبواب الثلاثي الصحيح بالعين والهاء والقاف.