С 1973 по 2004 год — заместитель главного конструктора и с 2004 года — главный научный сотрудник РКК «Энергия», был руководителем рабочей группы специалистов по разработке и осуществлению работ по проекту первого совместного экспериментального международного пилотируемого космического полёта советского корабля «Союз» и американского корабля «Аполлон». В. А. Тимченко являлся так же одним из руководителей создания и лётных испытаний орбитального корабля и космической программы советской многоразовой транспортной космической системы «Энергия — Буран». Был участником проектирования, создания и испытания транспортного беспилотного грузового космического корабля «Прогресс» и его аналогов, а так же пилотируемой орбитальной станции «МКС», пилотируемых орбитальных научных станций «Салют» и «Мир».