Известный учёный в области разработки и оптимального управления эксплуатацией ресурсоэнергосберегающих высоконадёжных химико-технологических систем (ХТС), представляющих собой совокупность процессов и аппаратов некоторого химического производства.

Им разработаны:

• эвристическо-эволюционные и термодинамические методы автоматизированного синтеза оптимальных схем ресурсоэнергосберегающих неоднородных ХТС, теплообменных систем, систем ректификации и водопотребляющих подсистем ХТС;
• способы повышения ресурсоэнергоэффективности ХТС и минимизации отходов в ХТС;
• новые конструкции ресурсоэнергоэффективных струйно-вихревых тепло-массообменных и химических аппаратов;
• математические модели процессов, кристаллизации металлических расплавов;
• методы физико-математического анализа текстуры и прогнозирования свойств композиционных материалов;
• методы компьютерного моделирования и текстурно-фрактального анализа нестационарных потоков;
• методы анализа и оптимизации показателей надёжности ХТС;
• принципы построения моделей представления неформализованных знаний и экспертных систем в химической технологии;
• принципы логистики ресурсоэнергосбережения в промышленности;
• методы интеллектуального ситуационного управления ресурсосберегающими ХТС и магистральными трубопроводами;
• методы эколого-экономической оптимизации химических предприятий и корпоративных «зелёных» цепей поставок химической продукции;
• методы компьютерного моделирования экологических систем.

С учениками разработал малоотходные технологические схемы и программно-математическое обеспечение оптимального управления эксплуатацией и надёжностью производств:
• капролактама, ментола, карбамида, слабой азотной и серной кислот
аммиака и азотных удобрений
хлора и каустической соды;
• высокооктановых бензинов, минеральных масел и продуктов первичной нефтепереработки.

Научные исследования осуществляет в сотрудничестве с предприятиями: ОАО «Газпром-Нефть», ОАО «МХК-Еврохим», ООО «ВНИИГАЗ», ОАО «Щекино-Азот», ОАО «БашНефтехим заводы»
с учёными университетов Великобритании, Испании, Германии, Италии, Венгрии, Украины и Китая.

Автор более 750 научных трудов, в том числе 31 монографии и учебников
13 авторских свидетельств и патентов.

Подготовил 8 докторов и 85 кандидатов наук. 

Разработал и читает оригинальные курсы лекций: «Анализ и синтез ХТС», «Надёжность и эффективность ХТС», «Логистика ресурсосберегающих предприятий», «Экспертные системы в химической технологии».

Проводит большую организационно-научную работу:
• член Экспертного Совета по неорганической химии ВАК РФ,
• член редколлегии журналов «Теор. основы химич. технологии», «Химич. технология», «Интенсификация технологических процессов», «Интегрированные технологии энергосбережения» (Украина), Hemijska Industrija (Сербия), «Логистика», «Менеджмент в России и за рубежом»;
• зам. председателя Диссертационного совета при РХТУ.

С 1997 г. по н/в — координатор 4 транс-европейских проектов по программам Евросоюза. Действительный член отраслевой Академии технологических наук РФ (с 1992 г.) и Международной Академии Информатизации (с 1995 г.).

Научные публикации

• Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. М.: «Химия», 1995. 368 с., ил. 
• Саркисов П.Д., Байков Ю.А., Мешалкин В.П. Математическое моделирование кристаллизации одно- и двухкомпонентных металлических расплавов. М.: «ФизМатЛит», 2003. 377 с., ил. 
• Мешалкин В.П., Товажнянский Л. Л. Капустенко П. А. Основы теории ресурсосберегающих интегрированных химико-технологических систем. Харьков: НТУ «ХПИ», 2006. 412 с., ил.

Премии и награды

• Премия Президента РФ в области образования, 2005 г. 
• Заслуженный деятель науки РФ. 
• Почётный работник высшего профессионального образования РФ. 
• Заслуженный работник высшей школы РФ. 
• Премия Правительства РФ. 
• Премия имени И. В. Гребенщикова 2024 года, РАН, за цикл научных работ «Научные основы физико-химического инжиниринга и интеллектуально-статистического анализа текстуры и свойств листового стекла и специальных стекломатериалов».