Сергей Сергеевич Вергелес специализируется в области аналитического исследования гидродинамических течений. С его участием была подробно исследована генерация волнами на поверхности жидкости приповерхностных вихревых течений в присутствии поверхностной плёнки. Сейчас его основные усилия направлены на исследование когерентных течений в трёхмерных потоках вращающейся жидкости.