Udowodnił twierdzenie mówiące, że dyspersja nie zmienia postaci tensora napięć pola elektromagnetycznego w ośrodku przezroczystym i przewidział nowe zjawisko zwane odwrotnym efektem Faradaya.
Jako rezultat wspólnych prac Pitajewskiego i A.W. Guriewicza wyłonił się nowy kierunek badań: aerodynamika jonosfery, obejmujący rozwiązanie problemów dotyczących opływania ciał przez rozrzedzoną plazmę w jonosferze. W ramach tych badań Pitajewski i Guriewicz opracowali efektywną metodę konstrukcji wielosolitonowych rozwiązań równań nieliniowych. W ten sposób otrzymane zostały rozwiązania opisujące bezkolizyjną falę uderzeniową i badana była struktura solitonów brzegowych. Te osiągnięcia były następne rozwijane w szeregu prac o charakterze matematycznym.
Wspólnie z J.M. Lifszycem podjął się fizalizacji programu realizacji kursu fizyki teoretycznej zapoczątkowanego przez Lifszyca i Landaua. Powstały w ten sposób Elektrodynamika kwantowa (współautor W.B. Bieriestecki), Fizyka ststystyczna cz. 2. i Kinetyka fizyczna. W ostatnich latach pracował nad ponownym wydaniem Kursu.
Przypisy