Сергеев А.М. – специалист в области лазерной физики, фемтосекундной оптики и физики плазмы. Сергеевым А.М. совместно с сотрудниками выполнены работы по теории нелинейного взаимодействия оптических полей сверхкороткой длительности с веществом. Им создан новый подход к описанию работы фемтосекундных лазеров на основе теории диссипативных оптических солитонов и предсказаны новые режимы лазерной генерации; изучены новые нелинейно-волновые эффекты при распространении мощных фемтосекундных импульсов в веществе, такие как самоканалирование излучения в присутствии ионизационной нелинейности и сильное адиабатическое повышение несущей частоты и частот гармоник излучения; предложена и обоснована концепция генерации когерентного излучения аттосекундной длительности при ионизации атомов мощными фемтосекундными оптическими импульсами. Под руководством Сергеева А.М. построен центр фемтосекундной оптики, включающий фемтосекундный лазерный комплекс тераваттного уровня мощности с интенсивностью излучения до 1018-1019 Вт/см2, Ti-сапфировый лазер с длительностью импульсов менее 10 фс., комплекс для изучения сверхбыстрых процессов на поверхности с нанометровым разрешением. Проведены фундаментальные эксперименты по физике сверхсильных полей, такие как контролируемая микромодификация пространственной структуры вещества и создание с помощью лазерной плазмы широко перестраиваемых источников когерентного cверхкороткоимпульсного излучения в УФ диапазоне частот. Сергеев А.М. руководит созданием пентаваттного лазерного комплекса. Сергеев А.М. с соавторами разработал метод оптической когерентной томографии – построения изображений объектов в рассеивающих средах с использованием излучения фемтосекундной длительности когерентности, продемонстрированы возможности метода в биомедицинских приложениях, включая диагностику онкологических заболеваний. Сергеев А.М. является соруководителем ряда международных научных проектов. Ключевые слова Лазерная физика. Фемтосекундная оптика. Физика плазмы.