Выполненные Щербаковым И. А. исследования процессов переноса энергии электронного возбуждения в твердых растворах ионов редкоземельных элементов привели к обнаружению общих закономерностей, связывающих микроскопические механизмы переноса с релаксацией энергии в коллективе взаимодействующих частиц. Разработана количественная спектроскопия лазерных кристаллов и стекол, вошедшая в справочную литературу. Предложена и развита концепция оптически плотных активных сред. Разработанный им на основе этих результатов метод микропараметров имеет предсказательную силу и привел к разработке новых лазерных кристаллов с уникальными свойствами. С использованием этих кристаллов разработаны лазеры как с ламповой, так и диодной накачкой, обладающие рекордными параметрами. И. А. Щербаков принимал активное участие в разработке технологии диодной накачки, приведшей к принципиальному расширению возможностей применения лазеров.

После избрания директором ИОФ РАН в 1998 году И. А. Щербаков возглавил работы института по разработке и применению лазеров в медицинской практике. В настоящее время он принимает активное участие в изучении свойств водных растворов. В этой области им с соавторами получен целый ряд фундаментальных результатов, в частности, по влиянию внешних воздействий на свойства жидкостей, роли пероксида водорода и активных форм кислорода на жизнедеятельность биообъектов.

Он – автор и соавтор более 400 работ.

Профессор И. А. Щербаков является заведующим кафедрой лазерных систем и структурированных материалов Московского физико-технического института. Среди его учеников 8 докторов наук, 20 человек под его руководством защитили кандидатские диссертации. Он входит в состав диссертационных советов ИОФ РАН, являясь председателем одного из них, а также в ряд советов президиума РАН и Отделения физических наук РАН.

В разное время в период с 1986 по 2015 год И. А. Щербаков работал в качестве приглашенного профессора в Университете Южной Калифорнии (США), Гамбургского университета (Германия), Университета Центральной Флориды (США). Деятельность И. А. Щербакова получила широкое международное признание. Он руководил программами, выполняемыми ИОФ РАН совместно с ведущими научным центрами США, Германии, Австрии, Швейцарии. С 1987 по 2017 год являлся членом президиума, членом экспертного совета по физике и экспертом ВАК. В 1998, 2003 и 2008 гг. И. А. Щербаков избирался директором ИОФ РАН, а в 2002 году – заместителем академика-секретаря Отделения физических наук РАН.

И.А. Щербаков является главным редактором журнала Physics of Wave Phenomena и членом редакционного совета журнала «Квантовая электроника». Член редакционной коллегии фундаментального справочного издания «Новая Российская энциклопедия».

И. А. Щербаков является председателем двух международных и одной всероссийской конференции:

• Международная конференция Advanced Laser Technologies, ALT) – https://altconference.org/

• Международный симпозиум International A. M. Prokhorov Symposium on Biophotonics

• Всероссийская конференция «Физика водных растворов» – https://physwatsol.ru/