Les principaux intérêts de recherche d'Igor Mel’čuk, sont axés sur la théorie linguistique générale (sémantique, syntaxe et morphologie), à la lexicographie (en particulier française), aux études russes, à la description de langues exotiques (africaines, australiennes, sibériennes, caucasiennes) et au traitement du langage naturel en intelligence artificielle.

Il est plus particulièrement connu pour son développement de la Théorie Sens-Texte.