Работает в Институте с 1978 года заместителем директора, с 1987 - директором, с 2014 (после избрания директором ОИЯИ) – главным научным сотрудником Отдела теоретической физики.

Выдающийся физик и организатор науки. Соавтор работ, сыгравших ключевую роль в становлении кварковой структуры адронов, в которых разработана кварковая теория электромагнитных и слабых распадов мезонов и барионов, объяснено электромагнитное расщепление масс в изотопических адронных мультиплетах, получены массовые формулы для высших адронных резонансов.

Внёс важный вклад в релятивистский подход к описанию связанных систем частиц в квантовой теории поля, квантовополевое описание рассеяния частиц при высоких энергиях. Соавтор принципа автомодельности в физике высоких энергий, единого подхода к описанию масштабно - инвариантного поведения глубоконеупругих и инклюзивных процессов, широко известных правил кваркового счёта Матвеева - Мурадяна - Тавхелидзе.

Выдвинул концепцию скрытого цвета ядер, указал важность кварковых степеней свободы для понимания структуры ядер на малых расстояниях. Предсказал нестабильность барионной материи при сверхвысокой плотности. Ведёт разработку программы поиска суперсимметрии на Большом адронном коллайдере.

Внёс большой вклад в создание современной экспериментальной базы исследований в области фундаментальной ядерной физики, физики высоких энергий и нейтринной астрофизики, в сооружение комплексов Московской мезонной фабрики и Баксанской нейтринной обсерватории, формирование научной программы Института.

Лидер ведущей научной школы России 'Исследование проблем фундаментальных взаимодействий элементарных частиц, квантовой теории поля и космологии'. Играет определяющую роль в завоевании позиций российской науки в международных научных коллаборациях.