Основная тема исследования С. – история древней и средневековой Руси. В своей магистерской диссертации путем сравнения текстов различных летописных сводов С. пытается определить структуру и содержание Новгородского летописного свода, также известного как Софийский временник. Так С. предположил, что источниками составления этого временника для изложения событий до 989 г. послужила Повесть временных лет, а для событий после 989 г. -Новгородские летописи. При этом данные этих источников, по мнению С., были изложены во временнике максимально точно, без заметных искажений. Также С. обозначил примерную дату написания Новгородского Свода – начало XIII в., и его автора – монах Порфирий, в миру Прокша. Стоит отметить, что выводы, сделанные в данной диссертации, имеют неоднозначный, спорный характер, за что работа часто критиковалась многими историками, в частности членам Кружка русских историков, возглавляемого С.Ф.Платоновым. Докторскую диссертацию, посвященную земским учреждениям окончить не успел.
Основными областями научных интересов С.-И. являлись гидробиология, сравнительная гистология, фауна и экологии беспозвоночных. Значимым является вклад ученого в изучение фауны Белого моря и Воронежского региона.
С. являлся одним из наиболее известных специалистов в области астрономии. Благодаря активной преподавательской деятельности существенно модернизировал курс астрономии для высшей школы. Автор переводов ряда книг по астрономии иностранных авторов.
В центре внимания С. находились вопросы фитопатологии, болезни пчел и медоносных растений. Долгое время его работы были единственными в данной области. Активно популяризировал научные знания о пчеловодстве.
Выдающийся историк – юрист. Работая в рамках «историко-юридического направления», синтезировал лучшие традиции различных подходов к изучению политического и экономического развития России и создал яркую и своеобразную концепцию отечественной истории. Значимость его исследований хорошо оценил другой историк-юрист – М.И.Дьяконов, писавший о том, что без исследований С. «не может обойтись ни один серьезный любитель родной старины. От Сергеевича надо исходить, или к нему подходить, но миновать его нельзя. Такова судьба ученого таланта». По словам того же учёного, никто лучше С. не мог «догматические конструкции исторических институтов». В этом и сила, и слабость творческого метода С. Он нарисовал яркую картину политического и юридического развития Руси – России, исходя из постулата о замедленности этих процессов на нашей почве. С. исходит из того, что русская древность не знала единой государственности, являя из себя систему волостных организмов, управлявшихся вечем и князем. При этом он отрицает идею С.М.Соловьёва о совпадении волостей с племенным делением и старается понять проблему их происхождения. Никто, по сравнению с С., не изучил древнерусское вече столь внимательно и...
С. – известный специалист по истории русского права, государтсвенный и политический деятель, член Государственного совета с 1897 г. В своей докторской диссертации С. пытался доказать, что система карательного правосудия не имеет четких структур и меняется под влиянием различных исторических условий и направлений политики государства. Так, на основе многочисленных документов и источников личного происхождения, С. рисует картину карательных наказаний, существовавших в России в XVII в.: смертная казнь, тюремное заключение, ссылка, имущественное наказание, церковные наказания и др. В своей диссертации С. обосновал применение группового наказания за государственные преступления, отстаивал необходимость расширения практики телесных наказаний. Диссертация была написана с консервативных, монархических позиций, что вызвало неоднозначные оценки в среде либеральной профессуры. Националистические взгляды С. отразились на его дальнейших работах. Он выступал против расширения автономии и отделения национальных окраин Российской империи, полагая, что для сохранения целостности государства инородцам необходимо объединиться вокруг русского народа.
Главное направление научных занятий С. определила его магистерская диссертация и первые статьи, опубликованные им ещё в конце 1880-х годов. Эти работы посвящены анализу сообщений иностранцев о средневековой России. Ученым был проведен глубокий анализ сочинения Джильса Флетчера, английских известий о России из сборника Гаклюйта. С. проанализировал высказывания Флетчера относительно социального, экономического положения русского народа, его быта, природы России, политического устройства государства и закончил своё исследование общей характеристикой сочинения Флетчера, проанализировав, помимо прочего, литературную обработку материала и способы его преподнесения. Однако со временем научные интересы С. смещаются в сторону исторической географии и истории XIX в., что связано с преподаванием им курсов по этим дисциплинам в Петербургском университете. Так из под его пера выходят сочинения о деятельности М.М. Сперанского, Александра I и Николая I. Большую работу С. провел по изучению деятельности Комитета министров впервой половине XIX в.