W początkowym okresie instytut skupiał około 1500 specjalistów przeniesionych z CAGI. W latach II wojny światowej część personelu i zaplecza ewakuowano do Kazania i Nowosybirska; prace koncentrowały się na poprawie osiągów użytkowanych samolotów bojowych oraz ich niezawodności. Po wojnie LII rozszerzył zakres badań w locie, prowadząc m.in. prace nad tankowaniem w powietrzu, rozwijając latające laboratoria i techniki badań systemów uzbrojenia. Od końca lat 40. funkcjonuje również Szkoła pilotów doświadczalnych im. A.W. Fiedotowa.
W latach 50. i 60. XX wieku istotny wkład wnoszono w badania stateczności i sterowności samolotów, w tym przeciwdziałania wejściu w korkociąg przy dużych kątach natarcia, aerodynamiki śmigłowców, obciążeń konstrukcji i drgań, a także problematyki lotu hipersonicznego (aerotermodynamika, osłony termiczne, systemy sterowania). Rozwijano także badania nad samolotami pokładowymi, silnikami i instalacjami pokładowymi – pilotażowo-nawigacyjnymi, łączności, systemami ratownictwa i tankowania w locie. Szczególny dorobek stanowiły badania nad oddziaływaniem statków powietrznych na otoczenie – falą dźwiękową, hałasem, śladem wirów za skrzydłami, widocznością radiolokacyjną czy wpływem stanu nawierzchni drogi startowej na funkcjonowanie lotnictwa.