的学派首创地研究了微光现象，确定了它的基本规律。他还与学生发现了瓦维洛夫—契连科夫效应，该理论揭示了在一定介质中以超光速运动的电子辐射的实质，为超光速光学奠定了基础。
纪念.他的兄长尼古拉·伊万诺维奇·瓦维洛夫是着名的生物学和遗传学家。为了纪念两人的功绩，小行星2862以“瓦维洛夫”命名。月球背面的“瓦维洛夫环形山”也是如此。