Академик АН Украинской ССР (с 1919 г.), её организатор и первый президент (1919—1921).

В 1919 создал Химическую лабораторию в Киеве, в 1931 реорганизованную в Институт общей и неорганической химии АН УССР.

В 1922—1939 директор организованного им Радиевого института (в 1922—1926 читал лекции за границей)

и одновременно

в 1928—1945 директор Лаборатории геохимических проблем АН СССР, которая была преобразована в 1947 в Институт геохимии и аналитической химии АН СССР.

Исследования охватывают широкий круг проблем естествознания:

В монографиях «Опыт описательной минералогии» (1908— 1922) и «История минералов земной коры» (1923—1936) выдвинул эволюционную теорию происхождения минералов — т. н. генетическая минералогия.

В 1909 обобщил данные о парагенезе химических элементов в земной коре. Развил представления о роли каолинового ядра в строении алюмосиликатов.

Внёс принципиальный вклад в теорию изоморфизма и проблему изоморфных рядов.

Изучал химический состав земной коры, океана и атмосферы. Вёл (с 1910) поиски месторождений радиоактивных минералов и исследовал их с целью определения содержания радия и урана.

В работе «Очерки геохимии» (1927) изложил историю кремния и силикатов, брома, иода, углерода и элементов в земной коре. Оценил (1911) значение радиоактивных веществ как источника энергии.

Рассматривая воду как минерал, создал её минералогию.

Основоположник биогеохимии. Совокупность живых организмов в биосфере назвал «живым веществом». Согласно его представлениям, живое вещество вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот посредством трансформации солнечного излучения.

Изучал химический состав и распространенность животных и растительных организмов с целью выявления их роли в миграции химических элементов в земной коре. Указал на существование организмов-концентратов Fe, Si, Ca, V и др.

Развил (1923) идеи о роли радиогеологических и радиохимических исследований;

предсказывал, что «недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию»;

напоминал, что «ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы... должны себя чувствовать ответственными за последствия их открытий».

Считал, что биосфера под влиянием научных достижений и деятельности человека постепенно переходит в новое состояние — сферу разума, или ноосферу.

Уделял исключительное внимание экологии, рассматривал её как глобальную проблему.

Автор работ по философским проблемам естествознания и по истории науки.

Чл. ряда академий наук и научных обществ.

Лауреат Государственной премии СССР (1943).

Академией наук СССР была учреждена в 1963 г. Золотая медаль им. В.И.Вернадского, присуждаемая за выдающиеся достижения в науке.