Область научных интересов: общая микробиология и глобальная экология микроорганизмов. Основные научные достижения: описание бактерий осуществляющих геохимические функции: нитрификаторы, СО-окисляющие, водородные, железо- и марганец окисляющие, метаногены, почкующиеся бактерии, галоанаэробы, галоалкалофилы, роль бактерий в формировании химического состава атмосферы, трофические связи в экстремальных микробных сообществах, актуалистическая бактериальная палеонтология докембрия. Более 300 научных публикаций. Основные научные труды: Г.А.Заварзин. Почкующиеся бактерии. Микробиология. 1961,Т.30 №5: 952-973; Г.А.Заварзин. Литотрофные микроорганизмы. М.: Наука, 1972, 323с.; Г.А.Заварзин. Фенотипическая систематика бактерий: пространство логических возможностей. М.:Наука, 1974, 143 с.; Г.А. Заварзин. Водородные бактерии и карбоксидобактерии. М.: Наука, 1978, 205 с.; Г.А.Заварзин, Бактерии и состав атмосферы. М.: Наука, 1984, 199с.; Г.А.Заварзин и др., Кальдерные микроорганизмы. М.: Наука, 1989; Zhilina T.N., G.A.Zavarzin. Extremely halophilic methylotrophic anaerobic bacteria. FEMS Microbiol. Revs. 1990, v.87:315-322; Заварзин Г.А. Развитие микробных сообществ в истории Земли. В кн: Проблемы доантропогенной эволюции биосферы. – М.: Наука, (1993), 320 с. ред. А.Ю.Розанов. С.212-222; Zhilina T.N., Zavarzin G.A. Alkaliphilic anaerobic community at pH10. Current Microbiol.(1994) 28:109-112; Заварзин Г.А. Анти-Рынок в природе. Природа, 1995, №3:46-60; Заварзин Г.А., Жилина Т.Н. Содовые озера - природная модель древнейшей биосферы континентов. Природа, 2000, N2: 45-55; Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. Наука М.: 2003 - 348с.; Кудеяров В.Н., Заварзин Г.А. и др. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007, 315 с. Премия С.Н.Виноградского 27.12.1973; Медаль Берги за выдающие успехи в бактериальной таксономии. 1997; Заслуженный профессор МГУ. 1999. Вице-президент СКОПЕ Scientific Committee for the Problems of Environment (SCOPE) vice-president 1978-1984; вице-президент комитета ЮНЕП по подготовке Конвенции по биоразнообразию, 1990-92; Член руководящего научного совета по геосферно-биосферной программе 1993-99.; Юридическая комиссия международного союза микробиологических обществ 1979-2001; почетный член ИИАСА. Член редколлегий журналов: "Микробиология", "Доклады Академии наук". Ключевые слова Общая микробиология. Глобальная экология микроорганизмов. Функциональное разнообразие бактерий и их геохимическая роль.