Некоторые научные достижения Михаила Ковальчука, которые принесли ему мировую известность:

• Развитие метода стоячих рентгеновских волн. 23 Этот метод основан на сочетании возможностей рентгеновской дифракции и спектроскопии и имеет практическое значение для исследования наносистем. 2
• Создание Курчатовского центра синхротронного излучения. 12 Под руководством Ковальчука был введён в эксплуатацию первый и единственный в России специализированный Курчатовский источник синхротронного излучения и создано новое поколение прецизионного рентгеновского оборудования мирового класса. 3
• Развитие направления конвергенции нано-, био-, инфо-, когнитивных и социогуманитарных (НБИКС) наук и технологий. 34 Ковальчук сформировал стратегию развития в России этого нового направления и создал в 2009 году Курчатовский НБИКС-центр, где под его научным руководством развиваются исследования, направленные на конвергенцию современных технологий с «конструкциями» живой природы. 3