Микробиолог, академик АН СССР (1968) и АМН СССР (1952; член-корреспондент 1948). С 1968 г. президент академии медицинских наук СССР. Оставил заметный след в области теоретической медицины и биологии, в прикладных вопросах микробиологии, эпидемиологии, в организации медицинской науки и здравоохранения. Научные работы посвящены изучению закономерностей эпидемического процесса, разработке средств и методов профилактики инфекционных болезней, изменчивости и генетике микроорганизмов, теоретической и прикладной иммунологии, вопросам вирусологии, в том числе бактериофагии.
Лауреат Сталинской премии (1952), лауреат Ленинской премии (1974).
Скончался В.Д. Тимаков в 1977 году, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (9 уч. 2 ряд).