别捷夫物理研究所担任高级研究员职务，同年结婚，婚后育有一子一女。1940年，切连科夫获得了博士学位。1934年，在瓦维洛夫的指导下，切连科夫研究了放射线穿过流体时所发生的现象，观察到了一种淡蓝色的辉光。虽然这种蓝光已经被前人所观察到，但是他们都认为是荧光。切连科夫在实验中仔细排除了水中产生荧光的杂质，而蓝色辉光仍然存在。他于1934年至1937年间陆续发表了一系列论文，详细记载了这一现象的性质，该现象因此被称为“切连科夫辐射”（又称“切连科夫辐射效应”）。1937年，切连科夫的同事弗兰克和塔姆成功解释了