Als theoretischer Physiker und Kosmologe wurde er vor allem durch seine Arbeiten über den Protonen-Zerfall, die Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums und zusätzliche räumliche Dimensionen bekannt. Zu seinen Forschungsinteressen gehörten Gravitationswellen, kosmologische Dichtestörungen und dunkle Materie. Zusammen mit Dimitry Gorbunov schrieb er ein klassisches Lehrbuch über die „Theorie des frühen Universums“. Für seine Forschungen erhielt er zahlreiche Preise, darunter 2020 den „Hamburger Preis für Theoretische Physik“.
Seit 1998 war Rubakov Vollmitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau. 2015 wurde er zum Mitglied der American Academy of Arts and Sciences gewählt. Im selben Jahr wählte ihn die Akademie der Wissenschaften in Hamburg zum Korrespondierenden Mitglied. Der Physiker war vor allem in der Arbeitsgruppe „Neue Herausforderungen der Kosmologie“ sehr aktiv.
Am 18. Oktober 2022 ist Prof. Dr. Valery Rubakov im Alter von 67 Jahren verstorben. Mit ihm verliert die Akademie ein hochgeschätztes Mitglied.