Один из основоположников эволюционной и радиационной генетики в СССР, крупнейший специалист по проблемам наследственности и изменчивости.
Популяционная генетика: пионерское изучение генетической структуры природных популяций дрозофилы, показавшее реальное существование в них скрытого генетического разнообразия (резерва наследственной изменчивости).
Радиационная генетика: провёл фундаментальные исследования влияния ионизирующей радиации на наследственность, заложив основы радиационной безопасности.
Восстановление генетики в СССР: после разгрома генетики в эпоху Лысенко сыграл ключевую роль в её возрождении в 1960-е годы, создав Институт общей генетики АН СССР.
Генетика человека: изучал проблемы генетических последствий загрязнения среды и медицинской генетики.
