Теория оптимального планирования эксперимента, математический анализ, планирование эксперимента, проблемы статистики в молекулярной биологии. Широкую известность получила его работа в области мультивариантного анализа через пиктографику (Лица Чернова).
Член Национальной академии наук США, Американской академии искусств и наук. Почетный доктор (Honoris causa) Университета штата Огайо, Техниона в Израиле, La Sapienza в Риме и Афинского университета.