Научные интересы и работы в областях: квантовая электродинамика, физика элементарных частиц, теория излучения, оптика (рассеяние света, кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии), теория конденсированных сред, физика плазмы, радиофизика, распространение радиоволн, радиоастрономия, теория относительности, астрофизика и космология, теория космических лучей. Особое значение имеют работы В.Л. Гинзбурга по теории сверхпроводимости и теории сверхтекучести.
В.Л. Гинзбург являлся одним из очень немногих физиков-универсалов.
Научную деятельность начал с задач квантовой электродинамики. Выяснил ряд тонких вопросов теории излучения, в частности объяснил возникший при расчете по теории возмущений парадокс об излучении энергии равномерно движущимся зарядом. Позднее (в 1940-е годы) занялся задачами теории элементарных частиц, связанными с описанием частиц с высшими спинами. Построил первую релятивистскую квантовую модель частицы, которая может находиться в состояниях с разными значениями спина, исследовал вопросы, относящиеся к частице со спином 3/2. Впервые предложил (совм. с И.Е. Таммом) релятивистские уравнения для частицы с внутренними степенями свободы (модель «релятивистского волчка»). Значительная часть научной деятельности связана с разработкой теории излучения и распространения света в твердых телах и жидкостях. Построил квантовую теорию эффекта Вавилова-Черенкова, теорию сверхсветового излучения в анизотропных и неоднородных средах. В 1945 г. создал (совм. с И.М. Франком) теорию нового типа излучения — переходного излучения, возникающего при пересечении частицей границы двух сред. Классические результаты относятся к одному из узловых вопросов фазовых переходов — о пределах применимости теории среднего поля Ландау. Установил простой и физически наглядный критерий применимости теории Ландау (его называют критерием Гинзбурга и используют понятие «число Гинзбурга»). Разработал (совм. с Л.П. Питаевским и А.А. Собяниным) полуфеноменологическую теорию сверхтекучести. Создал (совм. с Л.Д. Ландау) полуфеноменологическую теорию сверхпроводимости, предвосхитившую ряд важных элементов созданной позднее микроскопической теории Бардина — Купера — Шриффера. Выполнил большой цикл работ, относящихся к астрофизике космических лучей. Разрабатывал важную идею о существовании галокосмических лучей, получившую экспериментальное подтверждение. Одним из первых оценил важнейшую роль гамма- и рентгеновской астрономии и приложил много сил для их развития. Активно занимался теорией сил Ван-дер-Ваальса и проблемой сверхдиамагнетизма, «мягкими модами» в сегнетоэлектриках и изучением тороидных дипольных моментов, равномерно движущихся в среде. Заново проанализировал граничные условия в макроскопической теории сверхпроводимости, написал фундаментальные обзоры, посвященные механизмам высокотемпературной сверхпроводимости и проблемам происхождения и распространения космических лучей, гамма-астрономии, специальным вопросам общей теории относительности и другим фундаментальным вопросам физики и астрофизики.