Главным делом жизни Владимира Андреевича были научные исследования: движение твёрдого тела в жидкости и некоторые вопросы теории упругости. Он изучил разложения функций в ряды по многочленам специального вида, дал общее условие разложимости функций в ряд по заданной системе функций, которое является бесконечномерным обобщением теоремы Пифагора, применил полученные результаты к решению различных проблем, в том числе к решению уравнения Лапласа (этому уравнению удовлетворяет, например, установившееся распределение температуры в теле).
В 1921 г. по инициативе учёного при Академии наук был организован Физико-математический институт.
На почтовой марке изображён портрет В.А. Стеклова; фон — функция Стеклова.