Наукові напрями — радіофізика та радіоастрономія. Фундатор наукової школи з теоретичної радіофізики. Створив теорію дифракції поширення електромагнітних хвиль у складних та багатошарових періодичних структурах, розробив низку принципово нових квазіоптичних елементів і систем міліметрових і субміліметрових діапазонів, запропонував математичний метод «послідовних уточнень» для рішення функціональних рівнянь другого роду, що виникають у задачах радіофізики й електроніки.

Започаткував в Україні радіоастрономічні дослідження в міліметровому діапазоні радіохвиль.

Автор більше 300 наукових праць, 6 монографій, 12 авторських свідоцтв на винаходи. Підготував 20 кандидатів наук і 5 докторів наук.

Голова експертної ради ВАК у галузі астрономії, Член Комітету з Державних премій України в галузі науки і техніки, Наукової ради з космічних досліджень НАН України, бюро Відділення фізики і астрономії НАН України, Міжнародного астрономічного союзу, Європейської астрономічної спілки, один із засновників Національного Українського радіосоюзу (URSI).

Звання

Почесний член Міжнародної спілки інженерів з електротехніки і електроніки (IEEE), заслужений професор ХНУ імені В. Н. Каразіна (2002 рік). Заслужений діяч науки і техніки України (1997 рік). Почесний працівник космічної галузі України. Почесний громадянин Харківської області (2013 рік).

Нагороди

Лауреат Державної премії УРСР у галузі науки і техніки (1987 рік) та премії НАН України імені С. Я. Брауде (2007 рік), лауреат національної програми «Людина року—2006» у номінації «Вчений року» (2006 рік).

Нагороджений орденами «Знак Пошани» (1986 рік), «За заслуги» ІІІ ступеня (2008 рік), Почесною грамотою Верховної ради України.

За рішенням Міжнародного астрономічного союзу у 2006 році малій планеті 2000NА25 присвоєно ім’я «Литвиненко».