С 1883 г. В.Г. Шухов начал свою научную деятельность, обобщив опыт проектирования, обосновал расчеты оптимальных размеров цилиндрических резервуаров в ряде статей (1883). Обобщил свой опыт и научно обосновал вопросы гидравлики в нефти (1881–1884), разработал теорию течения воды и нефти по трубопроводам и расчеты оптимальных размеров нефтепроводов, вывел классические формулы гидравлики нефти в монографии (1884–1885). С 1886 г. начал изобретательскую деятельность: в 1886 г. и 1888 г. подал Заявки на Привилегии и получил Привилегии: на «Аппарат для непрерывной дробной перегонки нефти и т.п. веществ» (совместно с Ф. Инчиком) – 31 декабря 1888 г.; «Гидравлический дефлегматор, применяемый для перегонки нефти и других жидкостей» (совместно с Ф. Инчиком) – 25 сентября 1890 г.
Разработал проекты системы водоснабжения Тамбова и башни с резервуаром (емкостью более 500 куб. м). Исследовал действие шнуровых («капиллярного» типа) насосов и инерционного глубинного поршневого насоса собственной конструкции; руководил строительством первых в России насосов для откачки воды (высота подъема воды до 36 м) и нефти (1886–1888). Проектировал, руководил строительством паропроводов и насосов для Московской электрической станции и водоснабжения клиник Московского университета; Киевского водопровода. Проектировал и руководил производством горизонтальных и вертикальных («стоячих») водотрубных котлов собственной системы (1889–1892) и серийным производством горизонтальных и вертикальных трубчатых котлов (1891–1894).
В 1890 г. подал Заявку и получил Привилегию на «Приборы для непрерывной дробной перегонки нефти и т.п. жидкостей, а также для непрерывного получения газа из нефти и ее продуктов» (совместно с С. Гавриловым) – 27 ноября 1891 г.; разработал оригинальную однокубовую нефтеперегонную установку «Шухова–Инчика» большой производительности (1888–1891). Исследовал и решил проблему непрерывной дробной перегонки нефти, которые в совокупности с его Привилегиями составили исчерпывающее описание разработанного им крекинг-процесса в области технологии переработки нефти (1888–1891). Руководил анализом количества подпочвенных вод на реконструируемом Мытищинском водопроводе (Москва, 1887–1891); обобщил опыт исследований и строительства водопроводов в работе «Проект Московского водоснабжения» (совместно с Кнорре Э.К., Лембке К.Э., 1891).
В 1890 г. и 1892 г. подал Заявки на Привилегии: «Трубчатые паровые котлы», «Вертикальный трубчатый котел», получил Привилегию «Трубчатые паровые котлы (с экран. топкой)» – 27 июня 1896 г. Разработал теорию оптимальных размеров прямодействующих насосов и создал методику их расчета (1891–1894). Обобщил свой опыт и теоретические разработки по проектированию насосов в монографии. Обобщил свой опыт исследований в области нефтепроводов в монографии.
