Научная деятельность
 Профессиональные интересы сосредоточены в области дидактики, педагогической инноватики, методологии педагогики, дистанционного образования.
 Разработал и реализовал ряд инновационных концепций и технологий — личностно-ориентированное обучение, компетентностный подход, модель школы свободного развития. Разработал методологические и педагогические основы дистанционного образования личностно-ориентированного типа.
 Автор дидактической эвристики — теории креативного обучения, концепции педагогики русского космизма.
 Учредитель авторской Школы свободного развития, на базе которой проведен 5-летний педагогический эксперимент по проектированию и реализации человекосообразного образования.
 Основатель дистанционной (распределённой) научной школы. Руководит научными исследованиями в области человекосообразного, личностно-ориентированного, эвристического, дистанционного обучения.
 Главный редактор Интернет-журнала «Эйдос». Основатель и председатель оргкомитета Всероссийских дистанционных эвристических олимпиад.
 Дистанционное образование
 Дистанционным образованием занимается с 1989 года (Советско-американский проект «Школьная электронная почта»). В 1998 году учредил Центр дистанционного образования «Эйдос», в котором работает директором. Его прогноз: «В нынешнем столетии лучшие учителя будут именно дистанционные, умеющие взаимодействовать со всем миром с помощью электронных телекоммуникаций».
  Создал действующую систему развития одаренности школьников с помощью Всероссийских дистанционных эвристических олимпиад. За 10 лет в олимпиадах приняло участие более 120 тыс. школьников России и других стран.
 Основал Всероссийский конкурс «Дистанционный учитель года», Всероссийские дистанционные августовские педагогические конференции (проводятся ежегодно с 1999 года). Разработчик и организатор дистанционных курсов, проектов, конференций для школьников и взрослых. Провёл с коллегами более 30 дистанционных образовательных проектов: «Герб моего рода», «Мой Пушкин», «Моя Победа», «Феномен», «Мой виртуальный дом», «Летний Интернет-фестиваль» и др.
 Библиография
 Автор более 300 опубликованных работ, посвящённых педагогике, дидактике, современным методикам и технологиям обучения.
 Книги
 - Метапредмет «Числа»: Экспериментальный интегрированный курс. — Черноголовка, 1994. — 68 с
- Дидактическая эвристика: Теория и технология креативного обучения. — М.: Изд-во МГУ, 2003. — 416 с.
- Интернет в школе. Практикум по дистанционному обучению. — М.: ИОСО РАО, 2000. — 304 с.
- Фундаментальные физические постоянные. Кн. для учителя. — Мн.: Народная асвета, 1988. — 96 с
- Образовательное пространство СНГ — проблема сравнительной педагогики: Научное издание. — М.: Научно-внедренческое предприятие «ИНЭК», 2006. — 247 c.
- Мироведение: Эвристическое пособие для учеников 5—9 классов. — Ногинск, 1995. — 94 с
- Увлекательная физика. Сборник заданий и опытов для школьников и абитуриентов с ответами. — М.: АРКТИ, 2001. — 192 с (в соавт.)
- Метапредмет «Мироведение»: Экспериментальный интегрированный курс. — Пособие для учителя. — Черноголовка, 1993. — 70 с
- Методика личностно-ориентированного обучения. Как обучать всех по-разному?: Пособие для учителя. — М.: Владос, 2005. — 383 с (Серия «Педагогическая мастерская»).
- Развитие одарённости школьников: Методика продуктивного обучения: Пособие для учителя. — М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2000. — 320 с. — (Педагогическая мастерская).
- Изучение фундаментальных физических констант в средних профессионально-технических училищах. — М.: Высшая школа, 1985. — 24 с
- Мировые константы в физике: Методические рекомендации. — Л., 1987. — 58 с (в соавт.)
- Практикум по дидактике и современным методикам обучения. — СПб.: Питер, 2004. — 541 с; ил. — (Серия «Учебное пособие»).
- Эвристическое обучение: Теория, методология, практика. Научное издание. — М.: Международная педагогическая академия, 1998. — 266 с.
- Педагогическая инноватика: методология, теория, практика: Научное издание. — М.: Изд-во УНЦ ДО, 2005. — 222 c.
- Основы обучения: Дидактика и методика. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 352 с (в соавт.)
- Современная дидактика. Учебное пособие. 2-е издание, переработанное. — М.: Высшая школа, 2007. — 639 с
- Современная дидактика: Учебник для вузов. — СПб: Питер, 2001. — 544 с.: ил. — (Серия «Учебник нового века»)
Статьи
 - Виртуальное образование и русский космизм
- Дистанционное обучение и его технологии — Журнал «Компьютерра», № 36 от 18 сентября 2002 года
- Дидактическая эвристика — теория и технология развития одарённости учащихся
- Рождение знаний в обучении
- Изобретение велосипеда
- Как не выходя из дома подготовиться и принять участие в дистанционной эвристической олимпиаде
- Эвристический тип образования: результаты научно-практического исследования
Интервью
 - Дистанционное образование школьников и современные интернет-технологии. Интервью на «Радио Свобода», 2005.
- Государство против ученика. Интервью журналу «Со-Общение», 2002.
Награды, гранты
 Победитель и лауреат ряда конкурсов, грантов РФФИ, НФПК, РГНФ, гранта Президента России для молодых докторов наук.
 Книги А. В. Хуторского «Дидактическая эвристика» и «Методика личностно-ориентированного обучения. Как обучать всех по-разному» признаны книгами года России по педагогике в 2005—2006 гг.
 Почётный работник общего образования Российской Федерации (2002).