Fou un dels membres més destacats de l’escola de matemàtics russos dedicats a l’estudi de la teoria de probabilitats. Treballà especialment en la llei dels grans nombres, i analitzà els processos estocàstics, els quals considerà com una cadena de proves, que ha estat anomenada cadena de Markov. Aplicà els seus coneixements matemàtics a la lingüística (anàlisi de Markov) per a estudiar la freqüència dels mots i de llurs encadenaments.