Протягом 1899—1900 років він уперше в Україні та Росії здійснив експериментальні дослідження з радіоактивності, чим започаткував нову галузь науки — ядерну фізику. 1890 року був співзасновником наукового журналу "Метеорологічний вісник «. 1891 року за ініціативи Пильчикова були створені магнітно — метеорологічне відділення та метеорологічна станція, де він проводив практичні заняття та власні дослідження.