Научные интересы: управление водными ресурсами, география и экономика природопользования и охраны окружающей среды, глобальная экология и устойчивое развитие, системный анализ. Синтезируя результаты исследований в этих направлениях, выполнил прогностический анализ стратегического значения водных ресурсов как структуро-образующего фактора для развития народного хозяйства России на длительную перспективу. Обосновал долгосрочный сценарий, согласно которому основным источником экономического развития нашей страны в «постнефтяной» период будут водные ресурсы, а важнейшим экспортным сектором станет производство водоемкой продукции. Сформулировал концепцию реализации этого сценария. Предложил новые подходы к построению моделей управления водными ресурсами, в частности, на основе разработанного аппарата производственных функций с виртуальными переменными в условиях неопределенности.
Председатель Научного совета РАН «Водные ресурсы суши». Главный редактор журнала «Водные ресурсы», член редколлегий журналов «Экономика и математические методы», «Вода: химия и экология», «Экологическое планирование и управление», «Биосфера», «Век глобализации». Председатель диссертационного совета при Институте водных проблем РАН. Член ряда научных и научно-технических советов, комиссий, рабочих групп и пр., председатель экспертного совета Федерального агентства водных ресурсов. Зав. кафедрой управления природными ресурсами факультета государственного управления МГУ, зав. кафедрой экологии и управления водными ресурсами экологического факультета РУДН.
В 2009-10 гг. опубликовал монографии: 1) Danilov-Danil’yan V.I., Losev K.S., Reyf I.E. Sustainable Development and the Limitation of Growth. Springer/Praxis. London, Chichester. 2009. – 262 p. 2) Данилов-Данильян В.И. Водные ресурсы мира и перспективы водохозяйственного комплекса России. М.: Общественная палата РФ, 2009. – 88 с. 3) Данилов-Данильян В.И., Хранович И.Л. Управление водными ресурсами. Согласование стратегий водопользования. М.: Научный мир, 2010. – 232 с., 12 статей в рецензируемых журналах (из них 6 в соавторстве). Гл. редактор и автор многих статей «Экологической энциклопедии» в 6 томах (изд-во «Энциклопедия), в 2008-10 издано 3 тома.
Награждён Орденом Почета (1998), Лауреат премии Правительства РФ «За разработку и создание природоохранного комплекса, включающего специализированные комплекс контроля экологического состояния водной среды и судно-носитель» (1996).