Свой исследовательский путь В. начинал с изучения классической филологии, затем посвятил себя изучению литовского языка и истории Литвы. Владел 16 языками. Научная деятельность В., в отличие от политической, в настоящее время изучена слабо.
Этнография, фольклористика, лингвистика, археология прибалтийских народов (литовцев и латышей). Занимался также библиографией и книговедением. В 1881—89 гг. При поддержке Русского географического общества в 1884—1887 гг.собирал в Литве этнографические, диалектологические, фольклорные материалы, записал около 300 песен, тысячу сказок, две тысячи образцов малых фольклорных жанров. Подготовил и издал в 1886 г. программу собирания фольклорных, этнографических, диалектологических материалов в Литве. В 1888—1889 годах собирал сведения об археологических памятниках южной части Литвы и проводил археологические раскопки. Составил «Литовскую хрестоматию» (1901—1904, 2 части), в которую включил отрывки из произведений ряда литовских авторов и памятники латышского и прусского языков, образцы литовских диалектов и фольклора. Издал ряд этнографических очерков о Литве, Жмуди, Витебской и Сувалкской губерниям, а также статей о говорах Виленского края, литуанизмах в старобелорусском языке, литовских писателях XVI—XIX веков.В 1908—1909 гг. впервые записал на восковые валики литовские народные мелодии.
В. являлся видным деятелем российского образования и просвещения. Ему принадлежит авторство многих проектов, направленных на развитие отечественного среднего и высшего образования. В частности, он разработал один из наиболее прогрессивных проектов развития женских учебных заведений.
В центре исследовательских интересов В. история монастырей как центров просвещения на севере России. Кроме того, В. известен как крупный исследователь истории Олонецкого края. Также В. занимался архивоведением и источниковедением истории России.
Военный историк, издатель-редактор журнала «Русская старина».
В Эрмитаже участвовал в организации выставок и составлении описей. Круг основных научных интересов В. - художественная культура России XVIII - первой половины XIX вв. Исследования В. положили начало разработке ряда тем в отечественном искусствознании - истории русской скульптуры, влиянию западноевропейских школ на русское искусство. Особое внимание уделял проблеме сохранения художественного наследия
История права, гражданские законы.
Опубликованных научных трудов не имел. В заслуги В. ставят приглашение на работу в Эрмитаж многих талантливых ученых, что позволило развиваться музею в качестве одного из передовых научных центров.