Научная деятельность профессора Сергея Владимировича Левицкого привела к созданию нового научного направления — «Оптимизация технических характеристик боевых летательных аппаратов на основе математического моделирования многоступенчатых динамических систем», к разработке методологии оптимизации технических характеристик и боевого маневрирования самолетов-истребителей методами математического моделирования воздушного боя, к выявлению закономерностей влияния технических характеристик и параметров движения на эффективность ведения одиночного и группового воздушного боя.

С. В. Левицкий разработал ряд оригинальных наступательных и оборонительных тактических приемов ведения воздушного боя, а также идеологию алгоритмического обеспечения автоматизации боевого маневрирования истребителя и интеллектуальную поддержку деятельности летчика. Под его началом также был разработан оптимальный по критерию вероятности победы в воздушном бою технический облик истребителя 5-го поколения, разработана концепция боевого авиационного комплекса на основе беспилотного самолета-истребителя и оптимальный технический облик беспилотного истребителя 1-го поколения.

С. В. Левицкий являлся начальником кафедры «Динамика полета» в 2004— 2009 гг.

Автор 115 научных работ, из которых 2 учебника, 5 учебных пособий, свыше 70 научных статей, 26 научно-исследовательских работ, 3 авторских свидетельства на изобретения.

Подготовил 2 кандидатов технических наук.

Награжден 7 медалями, в том числе медалью «За отличие в воинской службе» 2 степени.