А.М. Гольцев є одним з ініціаторів і основних виконавців розробок технологій кріо-консервування, довгострокового збереження та забезпечення функціональної повноцінності біо-об’єктів різного походження (кісткового мозку, фетальної печінки, нервової тканини, кордової крові тощо) з метою їх використання при лікуванні хвороб аутоімунного генезу. Під керівництвом академіка А.М. Гольцева на молекулярному рівні проводяться дослідження з вивчення впливу факторів кріо-консервування на стан генома клітин стовбурового компартменту із різних джерел.

А.М. Гольцев є автором 460 наукових праць, у тому числі 4 монографій, 29 патентів. Під його керівництвом захищені 12 кандидатських дисертаційних робіт та здійснюється підготовка ще 9. Науковий консультант 3 докторських дисертацій. За цикл робіт «Імунологічні особливості кріоконсервованих гемопоетичних клітин» нагороджений Почесною грамотою науково-медичного суспільства м. Харкова (1992), Соросівський професор (1998). Лауреат премії ім. В.Я. Данилевського (2002). У 2008 р. отримав відзнаку НАН України «За наукові досягнення». З 2011 р. і по теперішній час очолює Держпідпріємство «Міжвідомчий науковий центр кріобіології і кріомедицини НАН, АМН та МОЗ України.