По окончании училища Игорь Сергеевич Попов — штурман самолета Дальней авиации. После окончания академии и защиты кандидатской диссертации (1959 г.) — научный сотрудник кафедры «Конструкция и боевая эффективность летательных аппаратов».

И. С. Попов одним из первых был включен в состав общеакадемической кафедры боевой эффективности авиационных комплексов, а с 1972 по 1987 г. И. С. Попов возглавлял эту кафедру.

Основатель школы системного анализа эффективности авиационных комплексов. Впервые сформулировал и решил задачу оптимального применения разнородных типов летательных аппаратов в двухсторонних боевых действиях в форме дифференциальной игры. Ввел понятие функционирующей цели и создал методы определения ее боевой живучести, установил влияние свойств ЛА на эффективность авиационных комплексов.

Работая в тесном контакте с управлением боевой подготовки ВВС, научно-исследовательскими учреждениями и строевыми частями ВВС, кафедра на основе системных исследований решала задачи повышения боевых возможностей авиации, участвовала в разработке руководящих документов, активно внедряла принципы и результаты исследований в учебный процесс.

Является автором более 80 научных трудов, среди них монографии, учебники и учебные пособия.

Под руководством И. С. Попова и им лично разработано более 10 учебных дисциплин для всех категорий подготовки специалистов в инженерных военных вузах ВВС.

Под его руководством защищено более 25 диссертаций.

Награжден орденом Красной Звезды и многими медалями.