Б. Ф. Ломовым был разработан ряд методологических и теоретических проблем психологической науки, в частности принципы системности и системного подхода в психологии в качестве основных инструментов психологического познания. Он рассматривал психические процессы как системные по своей природе, органически вписанные во всеобщую взаимосвязь явлений и процессов материального мира и сами выражающие органическое единство уникальных качеств. Согласно Б. Ф. Ломову, понять психическое можно лишь в результате его анализа во множестве внешних и внутренних отношений, в которых оно является целостной системой.
Обосновывая данную идею, исследователь исходил из того, что психическое выступает как отражение действительности и отношение к ней, как природное и социальное, сознательное и бессознательное. Психика, по Б. Ф. Ломову, — многомерное, иерархически организованное, динамически целое, т.е. система. При этом подразумевались полисистемность бытия человека и интегральность его психических свойств.
Ядро системного подхода образуют шесть основных принципов:
1) Психические явления воспринимаются с нескольких сторон: как некоторая качественная единица, как внутреннее условие взаимосвязи и взаимодействия объекта со средой, как совокупность качеств, приобретаемых индивидом, и как результат активности микросистем организма. Целостное описание явления предполагает сочетание всех планов исследования.
2) Психические явления многомерны, а потому должны рассматриваться в различных системах измерения. Если к их изучению подходить с одной стороны, то явление никогда не будет исследовано целиком.
3) Система психических явлений состоит из многих уровней, психика в целом разделяется на когнитивную, коммуникативную, регулятивную, каждая из которых также разделяется на уровни.
4) Свойства человека организованы в единое целое, по своему строению напоминающее пирамиду: на вершине находятся основные психические свойства, в основании — раскрывающие их свойства, а грани символизируют различные категории свойств. Таким образом, при системном рассмотрении необходимо учитывать совокупность свойств различного порядка.
5) Целостное познание психического явления подразумевает учет множественности его детерминант. В их число входят причинно-следственные связи, общие и специальные предпосылки психических явлений, опосредующие звенья, а также внешние и внутренние факторы. Одни и те же детерминанты могут в одних условиях выступать в роли предпосылок, а в других — в роли, например, фактора или опосредующего звена.
6) Психические явления должны изучаться в их динамике и развитии. Целостность и дифференцированность психических явлений возникают, формируются или разрушаются в ходе развития индивида, которое выступает как полисистемный процесс. Таким образом, психическое развитие индивида можно представить как постоянное движение, возникновение, формирование и преобразование основных свойств и качеств.
Б. Ф. Ломов видел основную задачу психологической науки в изучении природы психики, ее механизмов и законов, действующих в этой среде. Психологические законы связаны с иерархией уровней психического, раскрывая его разнообразные измерения. Каждая группа законов фиксирует существенные и устойчивые связи психического в какой-либо определенной плоскости. Многообразие действующих законов, их различная направленность, по Б.Ф. Ломову, являются источником вариативности психических явлений.
На самом высоком уровне человек рассматривался Б. Ф. Ломовым в системе человеческих отношений и изучался как личность. Предметом исследования в этом случае являлются развитие личности и социально-психологические явления. На следующем уровне личность рассматривается с точки зрения ее собственных свойств и структуры, в контексте ее деятельности и непосредственного поведения. На еще более низком уровне изучаются процессы и состояния человека, его восприятие, мышление, память. (Этот уровень связывает психологию с физикой и математикой, а следующий — с нейрофизиологией и биологическими науками). Низший уровень находится в области исследований нейродинамики и физиологического обеспечения психических процессов. Данная схема показывает связь психологии с другими науками, а кроме того, дает основание для систематизации получаемых в психологии данных.
Некоторые работы Б. Ф. Ломова были посвящены анализу общепсихологических проблем (экспериментальное изучение особенностей пространственных представлений и зрительного восприятия, выявление роли осязания в осуществлении практических действий, применение эксперимента в психофизических исследованиях, рассмотрение особенностей формирования и преобразования чувственных образов, исследование памяти и воображения). Показал роль антиципации в структуре деятельности и разработал концепцию уровней процессов антиципации. Проблема образа рассматривалась им применительно к особенностям конкретных видов деятельности, раскрывались также роль и функции психического образа в регуляции деятельности. Значительное внимание Б. Ф. Ломов уделял коммуникативным функциям психики, проблемам общения, психологии управления и психологии личности; исследовал взаимосвязи познания и общения, общения и деятельности. В частности, им был проведен психологический анализ деятельности летчиков и космонавтов.
Б. Ф. Ломов исследовал категориальный аппарат психологической науки, показал место и роль психологии в системе других наук, внутреннее единство психологического знания. В его работах содержится анализ современного состояния и развития психологии, определяются пути построения ее теории, раскрываются взаимосвязи теории, эксперимента и практики в психологии. В последние годы большое внимание уделял вопросам истории отечественной психологии, пытаясь собрать воедино и сохранить все ценное, что было создано в русской и советской психологической науке.
Б. Ф. Ломов – создатель научной школы в инженерной психологии. С конца 1950-х годов занимался проблемами применения психологических законов в производственной сфере жизни людей. Одним из первых он начал разработку психологических проблем управления народным хозяйством, предложил ряд методов повышения производительности труда, обосновал необходимость поддержания на предприятии дружественной и уютной атмосферы как условия сохранения здоровья работников. Б. Ф. Ломов изучал вопросы информационного взаимодействия человека и технических устройств, поиска средств отображения информации и оптимальных (с позиции человека) форм и способов управления механизмами и технологическими процессами. Исследовал также ряд теоретических и практических проблем психологической оценки и проектирования современной техники.
Теоретические, экспериментальные и прикладные работы Б. Ф. Ломова оказали влияние на появление новых направлений психологических исследований, отвечающих интересам смежных научных дисциплин. Он разработал и прочитал оригинальные курсы лекций по общей и экспериментальной психологии, инженерной психологии и психологии труда.
Под руководством Б. Ф. Ломова были выполнены и защищены около 60 кандидатских и 10 докторских диссертаций.
Автор и соавтор свыше 300 научных публикаций, многие из которых были переведены на иностранные языки.
Был известен как активный пропагандист психологической науки, выступал в СССР и за рубежом с лекциями перед студентами, учителями, инженерами, организаторами производства. Автор ряда научно-популярных работ по психологии, редактор периодического сборника «Проблемы инженерной психологии». Организатор и главный редактор «Психологического журнала», член редколлегии журнала «Вопросы психологии».
Инициатор издания первой советской «Психологической энциклопедии».
Организатор и руководитель всесоюзных форумов по инженерной психологии в Москве (1964, 1967).
Член ряда научных советов АН СССР и межведомственных советов по гуманитарным наукам. Председатель Научного совета АН СССР по комплексному изучению человека (1986-1989).
Почетный член Саксонской АН (ГДР). Был награжден Орденом «Знак Почёта» и медалями, в частности золотой медалью Словацкой АН (ЧССР) и медалью «Выдающемуся зарубежному ученому» (США, общество «Human factors»).
В память о Б. Ф. Ломове на здании Института психологии РАН установлена мемориальная доска.