В 1936 году (в 29 лет!) он получил степень кандидата медицинских наук. К этому времени у него было уже восемь опубликованных научных работ по физиологии селезенки, объёму сердца человека, рефлекторным реакциям мускулатуры.
В 1941—1952 годах преподавал в Военно-морской медицинской академии, после возвращения которой из эвакуации в Ленинград в 1944 году стал профессором.
С 1952 года был директором Института нормальной и патологической физиологии АМН СССР (Москва), с 1959 по 1977 год был директором Института физиологии им. И. П. Павлова АН СССР. Одновременно, с 1963 по 1967 год — академик-секретарь Отделения физиологии АН СССР.
Основные труды — по функциональным взаимоотношениям коры головного мозга и внутренних органов, интероцепции, космической физиологии и медицине. Открыл и изучил ряд интероцепторов, их локализацию и механизм возбуждения, выяснил роль сигнализации с рецепторов внутренней среды в некоторых формах поведения высших животных; исследовал рефлекторную регуляцию системы крови, установил зоны представительства ряда внутренних органов в коре больших полушарий головного мозга; создал (совместно с сотрудниками) модель гипертонической болезни; сформулировал представление о реактивном торможении, возникающем в результате усиленного реагирования[3].
Афферентные системы внутренних органов / В. Н. Черниговский ; Под ред. заслуж. деятеля науки, дивврача, проф. К. М. Быкова ; Мед.-сан. упр. ВМФ. Воен.-мор. мед. акад. — Киров : Воен.-мор. мед. акад., 1943. — 145 с.
A propos des mécanismes de régulation du tonus vasculaire : Journées méd. de France et de l'Union Française. Paris. 1954 / V. Tchernigovski, prof. membre correspondant de l'Acad. des sciences de l'URSS., membre titulaire de l'Acad. des sciences méd. de l'URSS. — Moscou : Éd. en langues étrangères, 1954. — 31 с. : ил.
Предварительные итоги научных исследований с помощью советских искусственных спутников Земли и ракет / В. Н. Чернов (псевд.). — изд. АН СССР, 1958.
Интероцепторы. — Москва : Медгиз, 1960. — 659 с. : ил.
Значение интероцептивной сигнализации в пищевом поведении животных : Доклад на Ежегодном заседании Учен. совета, посвящ. памяти акад. К. М. Быкова / Акад. наук СССР. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. — Москва ; Ленинград : Изд-во Акад. наук СССР. [Ленингр. отд-ние], 1962. — 54 с., 1 л. портр. : ил.
Отчет о командировке во Францию [для участия во 2-м Международном симпозиуме "Человек в космосе"] [Текст] / Акад. В. Н. Черниговский ; Акад. наук СССР. Всесоюз. ин-т науч. и техн. информации. - Москва : ВИНИТИ, 1966. - 13 с.
Нейрофизиологический анализ кортико-висцеральной рефлекторной дуги (Представительство внутр. органов в коре головного мозга) / АН СССР. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. — Ленинград : Наука. Ленингр. отд-ние, 1967. — 110 с.
Регуляция эритропоэза/ В. Н. Черниговский, С. Ю. Шехтер, А. Я. Ярошевский ; АН СССР. Объедин. науч. совет «Физиология человека и животных». — Ленинград : Наука. Ленингр. отд-ние, 1967. — 101 с. : ил
Прогнозы развития науки. Физиология висцеральных систем и механизмы регулирования их деятельности. — М., 1972. — 51 с. — (Прогнозы развития науки/ АН СССР).
Кортикальное и субкортикальное представительство висцеральных систем [Текст] / С. С. Мусящикова, В. Н. Черниговский ; АН СССР. Науч. совет по комплексным проблемам физиологии человека и животных. — Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1973. — 286 с. : ил.
Идеи И. М. Сеченова о «темных» ощущениях и их дальнейшее развитие / АН СССР. М-во здравоохранения СССР. АМН СССР. Отд-ние мед.-био. наук. НИИ норм. физиологии им. П. К. Анохина АМН СССР. 1-й Моск. мед. ин-т им. И. М. Сеченова МЗ СССР. — Москва : [б. и.], 1976. — 25 с.
Привыкание в висцеральных системах / [В. Н. Черниговский, С. С. Мусящикова, М. С. Синяя, А. А. Мокрушин; Отв. ред. В. Н. Черниговский]. — Ленинград : Наука : Ленингр. отд-ние, 1980. — 242 с.
Интероцепция : [Сборник] / В. Н. Черниговский; Составители В. А. Лебедева, О. С. Меркулова. — Ленинград : Наука : Ленингр. отд-ние, 1985. — 413 с. : ил., 1 л. портр.
Избранные труды : к 100-летию со дня рождения / В. Н. Черниговский ; [авт.-сост.: Е. Л. Поляков] ; редкол.: А. Д. Ноздрачев [и др.]. — СПб.: Наука, 2007. — 573, [1] с., [1] л. портр. : ил., табл. — (Памятники отечественной науки. ХХ век / Российская акад. наук, Науч. совет Программы фундаментальных исслед. Президиума РАН «Изд. тр. выдающихся ученых»). — ISBN 5-02-026259-5.
Под редакцией В. Н. Черниговского выходили сборники «Проблемы космической биологии» (АН СССР, Отделение физиологии).