Основные научные достижения В. А. Фока получены в области квантовой механики, квантовой теории поля, теории многоэлектронных систем, статистической физики, распространения радиоволн, теории дифракции, математической физики, теории гравитации, теории относительности и др. В 1926 г. он дал скалярное релятивистское обобщение уравнения Шредингера (получившее название уравнения Клейна—Гордона—Фока); в 1927 г. решил задачу о тепловом пробое диэлектриков; в 1930 г. рассмотрел уравнение самосогласованного поля в квантовой теории многоэлектронных систем с учетом принципа Паули и разработал приближенный метод его описания и расчета (метод Хартри—Фока). Ему принадлежит вывод приближенных уравнений движения системы тел в рамках теории тяготения А. Эйнштейна. Выполнен ряд фундаментальных исследований по теории распространения радиоволн и по методологическим вопросам квантовой механики и теории относительности. Среди его работ: «Теория пространства, времени и тяготения» (URSS), «Начала квантовой механики» (URSS), «Теория Эйнштейна и физическая относительность» (URSS), «Квантовая физика и строение материи» (URSS), «Работы по квантовой теории поля» (URSS).