Биофизик, специалист в области электронной микроскопии биологических макромолекул. Доктор биологических наук (1964). Член-корреспондент АН СССР (1979). Член-корреспондент РАН (1991). В 1986 г. за цикл работ "Структурные основы биосинтеза белка на рибосомах" учёному была присуждена Государственная премия СССР. В 1990-е годы исследовал различные типы углеродных нанотрубок, им были открыты и исследованы нанокомпозиты на их основе.
Занимался изучением нанокомпозита "одномерный кристалл - одностенная нанотрубка". С 1996 г. возглавлял Совет РАН по электронной микроскопии.
Автор более 300 научных публикаций.
Скончался Н.А. Киселёв 17 сентября 2016 года, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (2 уч. 7 ряд), рядом с искусствоведом
Н.Д. Бартрамом.