Wkład naukowy thumb|Krzywa Stoletowa|160px Do najbardziej doniosłych dokonań Stoletowa należą pionierskie prace w zakresie ferromagnetyzmu oraz odkrycie praw rządzących efektem fototoelektrycznym zewnętrznym. Jako pierwszy wykazał, że przy zwiększaniu pola magnetycznego Podatność magnetyczna żelaza z początku wzrasta, a potem, po osiągnięciu maksimum, maleje. (1872) Otrzymał krzywą przenikalności magnetycznej ferromagnetyku. (Krzywa Stoletowa) Był autorem dwóch metod magnetycznych pomiarów substancji (metody toroidu z zamkniętym obwodem magnetycznym i pomiaru namagnesowania przy pomocy galwanometru balistycznego. Przeprowadził szereg eksperymentów w zakresie pomiaru wielkości stosunku jednostek elektromagnetycznych i elektrostatycznych (1876) Przeprowadził cykl prac badawczych w zakresie fotoefektu zewnętrznego, odkrytego w roku 1887 przez Hertza. Zbudował pierwszy fotoelement, oparty na zjawisku fotoefektu zewnętrznego Odkrył wprost proporcjonalną zależność między natężeniem fotoprądu i intensywnością padającego na fotokatodę światła (pierwsze prawo zewnętrznego fotoefektu, prawo Stoletowa) Odkrył zjawisko obniżenia wraz z czasem czułości fotoelementu (1889). Stworzył podstawy metod ilościowych badania fotoefektu. Był autorem metody fotoelektrycznej kontroli intensywności światła. Badał niesamoistne