Основные труды в области планетной космогонии и физике тел Солнечной системы. Вначале занимался преимущественно физикой метеоров и физикой комет. Предложил формулу, дающую зависимость блеска комет от их гелиоцентрического расстояния, что послужило толчком к развитию ледяной модели кометного ядра. С 1945 активно занимался разработкой космогонической теории О. Ю. Шмидта. Изучал строение, состав и термическую историю Земли и Луны на основе представлений об их образовании путём аккумуляции твердого компонента протопланетного облака. В частности, разрабатывал вопрос о природе земного ядра, сторонник гипотезы, по которой оно состоит из металлизированного вещества. Высказал идею о значительном выбросе твердого вещества из области формирования планет-гигантов и о важной роли этого выброса в эволюции внешней части протопланетного облака, а также в образовании кометного облака Оорта. Показал существование верхнего предела геоцентрической скорости метеоритов и изучал их орбиты. Изучал происхождение метеоритов в рамках общих представлений об образовании планетной системы. На основе анализа наблюдений метеоров определил пространственную плотность метеорного вещества в окрестностях земной орбиты, оценил метеорную опасность для космических кораблей. Ряд работ относится к звездной динамике. В 1950 совместно с Л. Э. Гуревичем показал возможность образования широких систем двойных звезд путём захвата при тройных сближениях в звездных скоплениях. Автор монографии «Физическая теория метеоров и метеорное вещество в Солнечной системе» (1956, нем. пер. 1961). Главный редактор журнала «Письма в „Астрономический журнал“» (в 1974 −1989). Активно участвовал в работах по Тунгусской проблеме.