Zorganizował w Moskwie prywatne laboratorium chemiczne, całkowicie poświęcając się badaniom nad rozwojem produkcji substancji cukrowych, skrobiowych i inulinowych, a także metodom zastępowania składników odżywczych używanych jako surowce do produkcji słodkich, skrobiowych, kleistych aromatycznych produktów. Jego filtry znalazły zastosowanie w przemyśle i w cukrowniach, gorzelniach, olejarniach i innych zakładach. Jednocześnie od 1894 zajmował się badaniami nad napędem, a także techniką wojskową, bronią i amunicją. 3 maja 1919 zwrócił się do Władimira Boncz-Brujewicza z prośbą o wsparcie dla dalszych badań. Po poparciu pomysłu przez Siergieja Kamieniewa przyznano Tichomirowowi dotację i zapewniono pomieszczenia laboratoryjne i personel, w związku z czym zajął się pracami nad rozwojem pocisków na proch bezdymny. W 1925 jego laboratorium przeniesiono do Leningradu. W latach 1926-1927 przeprowadzono wiele testów balistycznych i wykonano prototypy pocisków rakietowych. 3 marca 1928 przeprowadzono udane wystrzelenie pocisków na proch bezdymny - po raz pierwszy w ZSRR i na świecie. Po dalszych badaniach "mina powietrzna" Tichomirowa okazała się być groźną bronią. Za wybitne osiągnięcia w dziedzinie uzbrojenia Armii Czerwonej 22 lutego 1928 Tichomirow otrzymał tytuł Bohatera Pracy. Napisał wiele prac teoretycznych na temat balistyki.