Основатель уральской научной школы по теории твёрдого тела и физике магнитных явлений. Труды в области квантовой теории твёрдого тела, многоэлектронной теории металлов и полупроводников, теории ферро- и антиферромагнетизма, сверхпроводимости. В 1934-1936 гг. совместно с С.П. Шубиным построил полярную и s-d-обменную модели кристаллических твёрдых тел. Создал теорию переходных металлов, сплавов и редкоземельных соединений, учитывающую взаимосвязь магнитных и электрических свойств этой группы веществ. Заложил основы теории ферромагнетизма сплавов, развил теорию явлений магнитной анизотропии и магнитострикции. Значительный цикл работ относится к теории сверхпроводимости в переходных металлах и сплавах, проблеме одновременного существования в них ферромагнетизма и сверхпроводимости.

В годы Великой Отечественной войны трудился по специальным заданиям Главного артиллерийского управления. Вместе с Я. Ш. Шуром, коллегой и другом, С. В. Вонсовский работал в Нижнем Тагиле над контролем качества корпусов артиллерийских снарядов. Были разработаны методики, позволившие вернуть из «брака» тысячи снарядов. За эту работу награждён орденом Красной Звезды и медалью «За доблестный труд в период Великой Отечественной войны 1941-1945 гг.».

Награды: Орден Ленина (трижды); Орден Красной Звезды; Орден Трудового Красного Знамени (дважды); Герой Социалистического Труда (1969); Государственная премия СССР (1975, 1982); Золотая медаль им. С.И. Вавилова РАН (1982); Демидовская премия (1993); Иностранный член Польской академии наук; Иностранный член-корреспондент Германской академии наук; Почётный гражданин г. Екатеринбурга (1975).