Кандидатская диссертация на тему «Опыт семантического анализа слов типа 'все', 'all' и типа 'кто-нибудь', 'some' в русском и английском языках» (1965). С 1966 г. — в секторе германских языков Института языкознания РАН. Докторская диссертация на тему «Экзистенциальность и посессивность в языке и речи» (1983). Организатор и руководитель семинара по экспериментальной семантике в Институте языкознания РАН; руководитель российско-французского проекта по описанию служебных слов в русском языке (1996—2001). Читала лекции по приглашению в ряде европейских университетов (во Франции и в Италии).
Общее число публикаций О. Н. Селиверстовой сравнительно невелико, но её вклад в развитие отечественных семантических исследований весьма значителен. Основной областью её научных интересов была лексическая семантика и семантика служебных слов. В ранних работах использовала методику компонентного анализа, развивая которую выработала собственный подход к описанию семантики многозначных слов. В этом подходе, который сама О. Н. Селиверстова чаще всего называла «экспериментальной семантикой», подчёркивая его ориентацию на методологию естественных наук, наибольшее внимание уделялось процедурам проверки корректности семантических описаний (в том числе путём опроса информантов) и проблемам соотношения значения и действительности. В поздних работах, посвящённых преимущественно семантическому анализу пространственных предлогов, проявляла интерес к когнитивной лингвистике, с некоторыми положениями которой её взгляды сближались.
В целом подход О. Н. Селиверстовой — один из самых оригинальных и независимых в отечественной лингвистике 1960—1990 гг. В ряде работ О. Н. Селиверстовой удалось установить приоритет в постановке проблем, впоследствии признанных центральными для теоретической семантики и вызвавшим оживлённую полемику: такова работа 1964 г. о семантическом анализе неопределённых местоимений, работа 1982 г. об основаниях семантической классификации предикатов (в сборнике на ту же тему, изданном по инициативе О. Н. Селиверстовой и под её редакцией), и др. Её наиболее известные труды переизданы посмертно в 2004 г.