Основні напрями наукової діяльності В.І. Тимошенка — дослідження за допомо-
гою математичних та експериментальних методів процесів аерогазодинаміки ракетносіїв, космічних літальних апаратів, що повертаються в густі шари атмосфери Землі та планет, іншихоб’єктів ракетно-космічної техніки, а також високотемпературних термогазодинаміч них технологічних процесів.