Круг исследовательских интересов профессора Коновалова охватывает молекулярную биологию, гериатрию и геронтологию, генетику, молекулярную цитологию, биохимию и биофизику живой ткани. Особое место занимают исследования влияния внешней и внутренней среды на жизнедеятельность клетки и организма человека, а также направления «Биосфера и здоровье» и «Биосфера и болезнь».
В работах С. С. Коновалова рассматривается роль информационной среды в процессах, происходящих на клеточном и организменном уровнях. Результаты исследований представлены в статьях, монографиях и учебных изданиях. Значительная часть публикаций посвящена вопросам сохранения здоровья, взаимодействия человека с окружающей средой и ответственного отношения человека к собственному здоровью.
С. С. Коновалов является автором более 150 опубликованных исследовательских работ, включая 12 монографий, а также соавтором учебников для медицинских и биологических вузов. Широкую известность получили его просветительские книги, их совокупный тираж превысил 11 миллионов экземпляров.
Музыка сопровождает Сергея Сергеевича с детства и занимает особое место в его творческой биографии.