Už ako vedúci pracovník inštitútu napísal významné články o dynamike plynov a reťazovej reakcii. Ako jeden z vedúcich fyzikov sa podieľal na sovietskej jadrovej a vodíkovej bombe. Od začiatku 60. rokov uplynulého storočia sa venoval astrofyzike a kozmológii. Písal články o vzniku magnetických polí hviezd a galaxií, o dynamike zrodu čiernych dier, hviezdokop a galaxií. Spolu s R. Sunyaevom navrhli Sunyaevov-Zeľdovičov efekt, významnú metódu detekcie blízkych i vzdialených kôp galaxií.

Kedysi bol tento poznatok iba teoretický, dnes vznikajú veľké teleskopy, ktoré sú na ňom založené. K jeho najvýznamnejším objavom patrí poznatok, že veľmi hmotný oblak hmoty nekolabuje rovnomerne, ale vytvára nestability vedúce k asymetrickému tvaru. Výsledné rozloženie hmoty v galaxiách hrá významnú úlohu v úvahách o stavbe vesmíru. Pokúšal sa uskutočniť sen mnohých veľkých fyzikov - zjednotiť kvantovú mechaniku s teóriou relativity, vytvoril školu relativistickej astrofyziky. Bol vynikajúcim prednášateľom, členom viac než desiatich svetových vedeckých spoločností a vedúcim jedného z najväčších a najúspešnejších vedeckých tímov na svete.

Zomrel 2. decembra 1987

v Moskve.