Олег Белоцерковский занимался разработкой численных методов в математическом моделировании проблем нелинейной механики, аэрогазодинамики спускаемых космических аппаратов, гидрофизики, физики плазмы, механики деформируемого твердого тела и ряда других вопросов математического моделирования. Им была создана крупная школа вычислительной механики. Под его научным руководством работали целые коллективы исследователей в различных организациях РАН, высшей школы и ведущих отраслях промышленности, развивалось новое направление в теории гидродинамической устойчивости и турбулентности: «Динамика крупномасштабных вихрей в турбулентном потоке».
В годы ректорства Белоцерковского МФТИ вошел в число лучших учебных заведений мира и стал лидирующим институтом страны.
Белоцерковский — основатель и почетный директор Института автоматизации проектирования РАН, действительный член Международной астронавтической академии (IAA), почетный член научного совета Международного центра биокибернетики, действительный член Польской академии наук, лауреат Ленинской премии, кавалер ордена Ленина, трех орденов Трудового красного знамени, ордена Октябрьской революции, орденов «За заслуги перед Отечеством» III и IV степени, почетной медали Массачусетского технологического института (MIT, Бостон, США).
