Большой вклад внесен В.И. Спицыным в исследование процессов хлорирования оксидов и некоторых природных соединений. Им впервые были описаны транспортные реакции, основанные на обратимом взаимодействии хлорирующих агентов с оксидами. В 1940–1941 гг. коллектив, возглавляемый Спицыным, начал широкие исследования процессов сорбции радиоактивных изотопов природными минералами, почвами и грунтами. В этих работах были сформулированы физико-химические принципы взаимодействия растворов, содержащих продукты деления урана, с природными сорбентами и заложены научные основы современных способов захоронения жидких радиоактивных отходов в почвы и грунты.
В.И. Спицын проявил инициативу в развитии и использовании меченых атомов (радиоактивных и стабильных изотопов) при исследованиях строения и устойчивости различных комплексных соединений. Благодаря широкому применению метода меченых атомов и изотопного обмена были получены новые данные о механизме образования неорганических полимеров (различных гетерополикислот), составе образуемых солей, относительной прочности анионов и т.д. В последующие годы ученый много внимания уделял исследованию физико-химических свойств высокорадиоактивных кристаллических соединений. Им исследовались закономерности процессов растворения, гетерогенного изотопного обмена, сорбции, гетерогенного катализа и саморадиолиза радиоактивных препаратов. Полученные результаты явились значительным вкладом в теоретическую и прикладную радиохимию.
В 1949 г. Спицын начинает работу в Институте физической химии АН СССР в должности заместителя директора по научной работе и организует здесь лабораторию радиохимических исследований. При ней в 1950 г. был создан практикум для советских и иностранных ученых по применению радиоактивных изотопов в научно-исследовательской работе. В связи с этим было опубликовано первое практическое руководство по радиохимии и радиометрии «Методы работы с применением радиоактивных индикаторов» (1955). С 1953 г. и в течение многих лет Спицын являлся директором Института физической химии АН СССР, в 1958 г. он был избран действительным членом Академии наук СССР. Рекомендация для избрания в Академию наук была подписана академиком А.П. Виноградовым. Благодаря инициативе Спицына в Институте физической химии АН СССР получили широкое развитие работы в области радиационной химии. Впервые в Советском Союзе были изучены свойства сольватированного электрона в различных системах; синтезированы радиационным путем оловоорганические сополимеры, обладающие антибактерицидными свойствами; значительно усовершенствована техника радиационно-химических экспериментов; предложен радиационный метод получения высокоактивного платинового катализатора; изучена радиационная полимеризация фосфорнитрил-хлорида и других соединений. Стали доступны для изучения весовые количества технеция, протактиния, металлический скандий и его соединения. Десятки новых комплексных соединений редких элементов с органическими веществами были синтезированы в лаборатории Спицына. При его непосредственном участии открыты семивалентный плутоний и нептуний, что стимулировало исследования в области химии трансурановых элементов высших валентностей.
