Markovnikov viste at smørsyre og isosmørsyre har samme kjemiske formel, men forskjellig struktur, altså at de er isomere forbindelser. Mest kjent er han allikevel for å ha formulert det som senere er blitt kalt Markovnikovs regel, om addisjonsreaksjoner mellom hydrogenforbindelser og umettede forbindelser, for eksempel alkener. Regelen slår fast at H-atomet vil gå til det karbonatomet ved dobbeltbindingen som allerede har flest H-atomer knyttet til seg.