Основные работы В. А. Стеклова относятся к математической физике, механике, квадратурным формулам теории приближений, асимптотическим методам, теории замкнутости, ортогональным многочленам. Он получил ряд существенных результатов, касающихся основных задач теории потенциала; вплотную подошел к понятию гильбертова пространства; развил асимптотические методы, среди которых — метод получения асимптотических выражений для классических ортогональных многочленов (метод Лиувилля—Стеклова). Он также известен как историк математики, философ и писатель, автор книг научно-биографического характера о М. В. Ломоносове и Г. Галилее, очерков и статей о жизни и деятельности многих выдающихся ученых, философской работы «Математика и ее значение для человечества» (1923).