В 1801 году по предложению президента Академии наук Н. Н. Новосильцева, бывшего одновременно попечителем Санкт-Петербургского учебного округа, Севергин был командирован в Псковскую и Новгородскую губернии для осмотра школ Петербургского округа, с разрешением попутно заняться самостоятельными научными исследованиями. Такое же поручение Севергин получил от попечителя Виленского учебного округа Адама Чарторыйского по школам Могилевской и Витебской губерний. В результате этой поездки Севергин, выполнив все поставленные перед ним педагогические задачи, собрал интереснейший минералогический материал, опубликованный позже в двухтомных «Записках путешествия по западным провинциям Российского государства, или минералогические, хозяйственные и другие примечания, учиненные В. Севергиным во время проезда через оные в 1802 году».

В 1809 году Севергин издал «Опыт минералогического землеописания Российского государства».

В первой части этой весьма подробной сводки геолого-минералогических сведений о России дан и ее физико-географический обзор с подробной характеристикой гор и слагающих их горных пород, а во второй – данные по распространению полезных ископаемых и минералов по губерниям. Главную пользу подобной топографической минералогии Севергин видел в том, что собранные вместе сведения о распространении минералов могут побуждать заинтересованных в том деловых людей к рациональному использованию указанных минералов прямо на месте их нахождения, не тратя средств на дальние перевозки.

Чтобы облегчить труд путешественникам, рудоискателям и любителям минералогии Севергин в 1816 году издал специальный определитель минералов и горных пород под названием «Новая система минералов». Он автор «Начертаний технологии минерального царства» (1821–1822) и других работ по самым разным отраслям химической технологии – о добывании минеральных щелочных солей (1796), о пробирном искусстве (1801), о производстве селитры (1812).

Севергин был едва ли не первым русским ученым, пропагандировавшим кислородную теорию горения. Несколько лет подряд Севергин читал химию в Медико-хирургической школе, реорганизованной позже в Медико-хирургическую Академию. Он даже опубликовал несколько химико-фармацевтических пособий, в том числе известную книгу «Способ испытывать минеральные воды». Наблюдая распространение валунов по Русской равнине, кругляков, как их тогда называли, Севергин предположил, что все они были когда-то принесены ледниками из Финляндии. Эти наблюдения поддерживали положительный взгляд Севергина на теорию катастрофизма, по крайней мере, он допускал возможность в геологической истории каких-то грандиозных и быстрых превращений. Такими превращениями, например, Севергин, например, объяснял массовую гибель мамонтов.

В 1791 году Севергин начал описывать смешанные минеральные образования – «дикие камни», как их тогда называли. «Дикие камни» он выделил в особый раздел минералогии, назвав их горными породами. Этим он положил начала отечественной петрографии.

Очень много сделал Севергин для разработки русской научной терминологии.

Им был составлен «Подробный словарь минералогический» (1807) и переведен на русский язык «Словарь химический» (1810–1813). В 1815 году он перевел на русский язык четырехтомный химический словарь Ш. Л. Каде де Гассинкура «Руководство к удобнейшему разумению химических книг иностранных, заключающее в себе химические словари: латино-российский, французско-российский и немецко-российский по старинному и новейшему словозначению». Самые удачные термины Севергин старался немедленно вводить в употребление. Немало удачных научных терминов предложил он сам. Например, среди привычных нам терминов, особенно в химии и минералогии, по почину Севергина в науку вошли такие как «окись», «кремнезем», «занозистый», «раковистый излом» и другие. В ботанике Севергин ввел в употребление такие термины, как «чашечка», «венчик», «тычинка».