Значне місце в наукових дослідження В.І. Сергієнко займає розробка теоретичних і практичних аспектів атеросклерозу Особлива увага приділяється новим методам діагностики, лікування і вивчення патогенезу цього захворювання (Державна премія РРФСР, 1989 г.)
Під керівництвом академіка В.І. Сергієнко та його безпосередньої участі були розроблені і впроваджені в клінічну практику очні краплі "севітін", що представляють собою 5% розчин дипептида карнозина. Препарат застосовують для лікування захворювань очей, що супроводжуються порушеннями метаболізму і деструкцією різних тканин (виразкові ураження рогівки, кератити різного генезу, рецидивні ерозії рогівки, спадкові і вторинні дистрофії рогівки).
Академік В.І. Сергієнко володіє видатними організаційними здібностями. Завдяки його зусиллям, в інституті створені інноваційні підрозділи: випробувальний лабораторний центр і центр медичних нанобіотехнологій а також парк сучасного дослідницького обладнання, активно ведеться підготовка кваліфікованих наукових кадрів. Велика увага приділяється впровадженню нових розробок в клінічну практику. Завдяки оновленій структурі, сучасному парку дослідного устаткування і висококваліфікованим медичним і науковим кадрам, інститут успішно виконує державні завдання в рамках Федеральних науково-технічних і цільових програм.
В.І. Сергієнко належить більше 60 винаходів. Під його безпосереднім керівництвом захищено 10 докторських і 20 кандидатських дисертацій.