Область научных интересов 
                  Науки о Земле.  Физика атмосферы и океана. Дистанционные методы исследования Земли. Физические  концепции законов сопротивления и тепло/массообмена планетарного пограничного  слоя (ППС). Вопросы энергетики турбулентности в условиях устойчивой  стратификации. Диагностические и прогностические уравнения высоты ППС.
                Международная  база данных ISI Web of Knowledge показывает 1394 цитирования 88 статей С.С. Зилитинкевича  (ССЗ), что составляет в среднем 15,84 ссылки на публикацию, при этом индекс  цитируемости 10 лучших работ составляет 727; индекс Хирша составляет 20. Общий  индекс цитируемости его работ, включая монографии и другие публикации, не  учитываемые ISI, превышает 2000. 
                Достижения последних 5 лет
                  Пересмотр теории турбулентных  замыканий для устойчиво стратифицированных течений: новое понимание  критического числа Ричардсона как границы раздела режимов «сильной» и «слабой»  турбулентности (а не турбулентного и ламинарного режимов, как это считалось до  последнего времени) и модель слабой турбулентности.
                Нелокальная теория конвективных ППС,  включая анализ механизмов самоорганизации и пересмотр классического закона  конвективного тепло/массообмена.
                Обнаружение и  нелокальная теория очень тонких (и поэтому термически чувствительных)  долгоживущих устойчивых и условно нейтральных ППС. Именно эти ППС типичны для  полярных областей и играют ключевую роль в полярной «климатической машине».
                Применимость
                  Новые алгоритмы, построенные на  основе работ ССЗ, используются в оперативных моделях численного прогноза погоды (Немецкая метеорологическая служба;  Шведский метеорологический и гидрологический институт; Научно-исследовательский  центр GKSS, Германия), качества воздуха (Шведское агентство по оборонным исследованиям; Датский метеорологический  институт; Итальянское национальное агентство по новым технологиям, энергетике и  устойчивому экономическому развитию), водных  экосистем (Тартуский университет, Эстония), а также в ветроэнергетических расчетах (Финский метеорологический институт;  Генуэский университет в Италии). ССЗ участвовал как консультант по вопросам  турбулентности и ППС в создании новой системы оперативного прогноза погоды  HIRLAM / ALADIN и Финского ветрового атласа (www.windatlas.fi).
                Работы ССЗ по теории геофизической  турбулентности и ППС включены в учебники (например, Z Sorbjan Structure of the Atmospheric Boundary Layer,  1989, второе издание 2010; JR Garratt The  Atmospheric Boundary Layer, 1992; EB Kraus and JA Businger Atmosphere-Ocean Interaction, 1994; LH  Kantha and CA Clayson Small Scale  Processes in geophysical Fluid  Flows, 2000) и составляют существенную часть университетских курсов по метеорологии пограничного слоя.