Er schuf die Grundlagen für die Nutzung des Isotopengehalts der chemischen Elemente zur absoluten Altersbestimmung von Gesteinen und zur Aufklärung der Entstehung von Minerallagerstätten. Winogradow formulierte eine Hypothese über die Entstehung der Erde. Weiterhin entwickelte er eine neue Vorstellung über die Ausbildung der Evolution der Erdhüllen(1) sowie über die Geochemie der Meere. Bei der Untersuchung des Tunguska-Körpers(2) zeigte er mit anderen Anomalien nach.