Działalność naukowa i dydaktyczna Praca doktorska przyniosła mu światowe uznanie. W 1874 został zaproszony na uroczystości w związku z otwarciem laboratorium fizycznego przy uniwersytecie Cambridge, a w roku 1881 reprezentował naukę rosyjską na I Ogólnoświatowym Kongresie Elektroników w Paryżu. Zaprezentował tam swoje rezultaty dotyczące określenia współczynników proporcjonalności między jednostkami elektrostatycznymi i elektromagnetycznymi. Na jego wniosek ustanowiono jednostkę oporu elektrycznego: om, a także jego etalonСтолетов Александр Григорьевич.. W 1888 Stoletow rozpoczął badanie fotoefektu, odkrytego rok wcześniej przez Hertza. Badania te, trwające dwa lata, przyniosły uczonemu światową sławę.
W 1889 opublikował ich rezultaty w fundamentalnej pracy Aktino-elektriczeskije issledowanija (tak Stoletow nazywał fotoefekt). Przeprowadzając serię oryginalnych eksperymentów Stoletow odkrył pierwsze prawo fotoefektu (zwane prawem Stoletowa), zgodnie z którym wielkość fotoprądu jest wprost proporcjonalna do intensywności padającego światła. Prawo to stało się podstawą przy stworzeniu pierwszego fotoelementu. Badania Stoletowa położyły osnowy pod nową gałąź współczesnej fizyki – fotometrięТепляков Г.М., Кудрявцев П.С. А.Г.Столетов.