Основний напрям його діяльності — космонавтика. У 1925 р. пише "Про міжпланетні подорожі", в 1929 р. видає за власний кошт свою підсумкову роботу "Завоювання міжпланетних просторів". У наукових працях, незалежно від К.Е. Ціолковського, розробив основи космічних польотів і конструювання міжпланетних кораблів, вивів основне рівняння польоту ракети, розглянув енергетично найбільш вигідні траєкторії космічних польотів, виклав теорію багатоступінчастих ракет, запропонував рецепти ракетного палива.

Ним було розглянуто проблеми створення міжпланетних ракетних баз, повернення космічних кораблів на Землю та їх посадку з гальмуванням атмосферою та ін. Багато з них знайшли своє втілення у практичній космонавтиці наших днів. Так у 1969 р. американці запустили до Місяця "Аполло - 9", політ перших у світі астронавтів здійснено за "Трасою Кондратюка". Саме його перед¬бачення поклало шлях до всепланетного освоєння космічних просторів.