Основные работы посвящены ЯМР-спектроскопии органических соединений, изотопным эффектам в спектроскопии ЯМР, изучению протонного обмена в воде, метабономике. Выполнил ряд исследований по наукометрии, по истории и этике науки. Автор трёх монографий и более чем 350 научных работ. Один из наиболее цитируемых химиков
России.[3]
Краткая библиография
Голованов И.Б., Пискунов А.К, Сергеев Н.М. Элементарное введение в квантовую биохимию. — М.: Наука, 1969. — 235 с. — ISBN 2-10-2/322-68.
Сергеев Н.М. Спектроскопия ЯМР для химиков органиков. — М.: Издательство МГУ, 1981. — 279 с. — ISBN 1704050000.
Сергеев Н.М. Через пять рукопожатий. — М.: Олимп-Бизнес, 2015. — 320 с. — ISBN 978-5-9693-0274-7.