在植物遺傳學和植物地理學研究中，瓦維洛夫在學術上的最大貢獻是提出了“遺傳變異的同源係列定律”和“栽培植物起源中心理論”。
遺傳變異的同源係列定律是瓦維洛夫在1920年最先提出的，後經不斷補充修改，至1935年臻於完善。瓦維洛夫在研究大量穀類作物品種資源後發現，存在於一個種中的很多性狀常常也存在於它的近緣種屬甚至科中。例如普通小麥的麥穗和種子出現有芒無芒、有色無色、蠟質非蠟質等性狀變異，在小麥屬的其他種中以及其他禾本科作物如大麥、燕麥、水稻、玉米中都存在。瓦維洛夫把這種現象稱為遺傳變異的同源係列定律。他指出：遺傳上相近的種和屬具有一係列相應的遺傳變異，如果知道一個種的一係列類型，就可預料在其他種和屬中也存在著與之平行的類型；種和屬在分類係統中遺傳距離越近，其變異係列就越相近。瓦維洛夫的這一定律受到全世界生物學家的重視。他指出，盡管變異和突變看起來是無規則和無法預言的，然而種的變異則表現了進化過程是有條理的、完全有規律的。遺傳變異的同源係列定律成為瓦維洛夫對物種形成和生物進化認識的基礎。
相關鏈接
他不但是一位科學家，而且也是一位愛國主義者、優秀的國務活動家。
1926—1935年他是前蘇聯中央執行委員會委員，1927—1929年是俄羅斯共和國蘇維埃執行委員會委員，1929年他被選為前蘇聯農業人民委員會委員，1930年被選為彼得格勒城市蘇維埃勞動人民代表，1929年被選為列寧農業科學院院長，1924—1935年任列寧農科院全蘇作物栽培所所長，1930—1940年任前蘇聯科學院遺傳研究所所長。但就是這樣一位科學家，從20世紀30年代開始，由於斯大林對科學的粗暴幹涉，特別是李森科等一小撮政治投機分子的專橫跋扈，卻受到了極不公正的對待和殘酷的、幾近瘋狂的迫害。從1935年到1939年，瓦維洛夫擔任的許多重要職務被解除，報紙上公開點名批判他，說他是“人民敵人的幫凶”。1940年8月6日，瓦維洛夫在赴西烏克蘭科學考察途中在切爾諾沃鎮被秘密逮捕，10月15日被押送至薩拉托夫的一號集中營。1941年7月9日瓦維洛夫未經正式審訊就被宣判死刑，後減為十年徒刑。
瓦維洛夫關於栽培植物起源中心理論於1924年提出，1926年正式發表，1935年臻於完善。為此，他獲得了首批列寧獎金。
——傳世佳言——
當科學達到某個高峰的時候，它的麵前會出現通向新的高峰的廣闊前景，通向進一步發展的嶄新道路。
1943年1月26日，瓦維洛夫死於薩拉托夫監獄，享年僅55歲。