Самсон Кутателадзе наиболее известен работами в области теплофизики, гидродинамики газожидкостных систем, новых проблем энергетики. Им создана одна из ведущих научных школ в области теплофизики и гидрогазодинамики, а труды по гидродинамической теории кризисов кипения получили большой резонанс в мировой науке и внесли вклад в становление отечественной ядерной энергетики.

Важная часть жизни Самсона Кутателадзе связана с Институтом теплофизики. С января 1959 года Кутателадзе был назначен заместителем директора во вновь организуемый Институт теплофизики Сибирского отделения Академии наук СССР, в 1964 году — директором. Самсон Кутателадзе руководил учебным заведением вплоть до 1986 года. Сегодня Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН носит имя учёного.

В Сибирском отделении АН СССР широко проявился талант учёного как организатора науки. Самсон Кутателадзе был членом Президиума СО АН СССР, председателем Научного совета АН СССР по комплексной проблеме «Теплофизика и теплоэнергетика», председателем Объединённого учёного совета по механико-математическим наукам и энергетике, заместителем председателя научного совета по программе «Сибирь».

В 1968 году теплофизик был избран членом-корреспондентом, в 1979 году — действительным членом Академии наук СССР. Сегодня Сибирское отделение РАН присуждает молодым учёным премию им. С.С. Кутателадзе за работы в области теплофизики, гидрогазодинамики и энергетики. Улица Академгородка в Новосибирске названа его именем.