Сергей Вавилов сыграл ключевую роль в развитии физической оптики. 15 Он является одним из основателей российской научной школы физической оптики, основоположником исследований люминесценции, микрооптики и нелинейной оптики. 1

Некоторые достижения учёного:

• Разработка технологии производства люминесцентных ламп. 1 В 1938–1941 годах Вавилов разработал технологию производства ламп с люминесцирующими составами, которые превосходили по своим экономическим и светотехническим показателям обычные лампы накаливания. 1
• Открытие «эффекта Вавилова — Черенкова». 15 Вместе со своим аспирантом П. А. Черенковым в 1934 году учёный открыл слабое голубое свечение растворов урановых солей под воздействием гамма-излучения. 1 Научное открытие получило название «эффект Вавилова — Черенкова». 1
• Заложение основ микрооптики. 14 В книге «Микроструктура света» Вавилов дал решение наиболее общих и принципиальных вопросов оптики, а также заложил основы нового направления в оптике, названного им микрооптикой. 1

Кроме того, исследования Сергея Вавилова и его учеников стали непосредственным доказательством квантовой природы света. 2