Область научных интересов — физическая химия, радиационная химия[2]. Милинчук выполнил пионерные работы в области фоторадиационной химии; открыл новый тип цепных реакций в твёрдых телах, известных как фоторадикальные цепные реакции; обнаружил цепные реакции в полимерах при высоких давлениях[4].
Автор 10 монографий и справочников, более 270 научных статей и 32 патентов[2].
Премия имени К. Э. Циолковского (за цикл работ по космическому материаловедению)[3][4]
Премия имени А. Л. Чижевского (2009, совместно с Аллой Сергеевной Шилиной; за исследование физико-химических процессов синтеза водорода с одновременным получением адсорбента нового типа, соответствующих принципам «зелёной» химии)[3][4][6]
Премия имени В. Н. Глазанова (за цикл работ по космическому материаловедению)[4]
Милинчук В. К., Клиншпонт Э. Р., Пшежецкий С. Я. Макрорадикалы. — М.: Химия, 1980. — 264 с. — 2400 экз.
Фоторадиационные эффекты в полимерах / Сост. Жданов Г. С., Милинчук В. К.. — М.: НИИТЭхим, 1980. — 63 с.
Радиационная стойкость органических материалов: Справочник / Под ред. В. К. Милинчука, В. И. Тупикова. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 272 с.
Милинчук В. К., Клиншпонт Э. Р., Тупиков В. И. Основы радиационной стойкости органических материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1994. — 250 с.
Учебные пособия
Милинчук В. К. Строение атомов и химической связи. Агрегатное состояние вещества: Учебное пособие. — Обнинск: ИАТЭ, 1999. — 46 с.
Милинчук В. К. Физико-химические процессы ядерного топливного цикла: Учебное пособие по курсу «Физико-химические процессы ядерного топливного цикла». — Обнинск: ИАТЭ, 2004. — 76 с.
Милинчук В. К., Китаева Н. К. Некоторые аспекты фильтрационной очистки водных сред: Учебное пособие по курсу «Современные проблемы химии». — Обнинск: ИАТЭ, 2008. — 52 с.
Милинчук В. К., Клинов Д. А. Водородная энергетика: Учебное пособие по курсам «Современные проблемы химии», «Перспективы развития энергетики». — Обнинск: ИАТЭ, 2008. — 68 с.