Основные работы связаны с решением следующих проблем: происхождение лёсса в Центральной и Средней Азии (различал первичный лёсс, имеющий исключительно эоловое происхождение, и вторичные лёссовидные отложения, которые имеют различный генезис); оледенение и вечная мерзлота в Сибири (ледниковые отложения, типы оледенения, распространение ледников в плейстоцене); общие вопросы тектоники и тектонического строения Сибири (обосновал представление о вертикальных движениях земной коры и их роли в современном рельефе Сибири, предложив в связи с этим термин «неотектоника»); геология месторождений золота Сибири (сводка данных о месторождениях золота, прогноз поисков золотых россыпей); существование «древнего темени» Азии.
В советский период Обручев в силу преклонного возраста путешествовал мало, уделив особое внимание публикациям собранного им за предыдущие годы богатейшего научного материала. К тому же он начинает пожинать славу от дела всей своей жизни. Уже в 1918 г. в Харькове ему присваивают степень доктора наук honoris causa (т.е. без защиты диссертации). Он становится директором Геологического института, членом-корреспондентом Российской академии наук и Китайского геологического общества, почетным членом Гамбургского географического общества. В 1929 г. его избирают действительным членом Академии наук СССР, ему присваивают массу премий и званий: во второй раз он получает премию им. Чихачева от Парижской академии наук (1925), Ленинскую премию (1926), две Государственных премии СССР (1941, 1950) и т.д.
В.А. Обручев был писателем-фантастом. Идея «Плутонии» родилась у него после прочтения «Путешествия к центру Земли» Жюля Верна. Занимательное повествование французского фантаста был основано на полных несуразностях с научной точки зрения. Обручев решает написать для молодежи книгу на той же основе, но без вольных допущений. Взяв за основу сюжета гипотезу о полой Земле, которую защищали некоторые ученые, он начал писать свой первый научно-фантастический роман «Плутония». Герои романа, шесть отважных исследователей, проникают внутрь Земли в подземный мир, где встречают ископаемую флору и фауну (динозавры третичного периода), а также племя первобытных людей. В этом подземном мире день и ночь светило меленькое солнце, названное путешественниками Плутоном, а весь подземный мир – Плутонией. Попали они внутрь нашей планеты сквозь огромное отверстие, расположенное далеко на севере, среди льдов Антарктики, постепенно спускаясь по его пологому склону. Роман написан в форме путевого дневника, каждая глава которого рассказывала об еще одной особенности подземного мира. Сам автор не верил в гипотезу о пустой Земле, а вот второй его фантастический роман «Земля Санникова» был основан на еще одной научной гипотезе, которая представлялась Обручеву реальной.
