Сергей Савельев более 30 лет занимается исследованиями в области морфологии и эволюции мозга. Автор более 10 монографий, 100 научных статей и первого в мире Стереоскопического атласа мозга человека, который был удостоен диплома премии им. В. Н. Шевкуненко РАМН за лучшую научную работу по «Топографической анатомии и оперативной хирургии» за 2001 год.