Усе творче життя Віктора Івановича Трефілова нерозривно пов'язане з вітчизняною наукою, з Національною академією наук України. Людина непересічного таланту, він після закінчення Київського політехнічного інституту (1952) з перших самостійних кроків у науці яскраво виявив себе як дослідник - новатор з власним підходом до розв'язання найскладніших наукових проблем.
З 1955 до 1978 р. Віктор Іванович працював в Інституті металофізики, де пройшов шлях від молодшого наукового співробітника до заступника директора. У 1969 р. його було обрано членом-кореспондентом, а в 1973 — академіком АН УРСР. Того ж року він очолив Інститут проблем матеріалознавства, який незабаром став одним з найбільших і визнаних у світі центрів у цій галузі науки. У 1987 р. вченого було обрано дійсним членом Академії наук СРСР.
Діапазон фундаментальних і прикладних досліджень В.І. Трефілова охоплював ряд найважливіших напрямів сучасного матеріалознавства. Йому належить заслуга створення фізичних основ теорії міцності та пластичності штучних і природних матеріалів найрізноманітнішого призначення. Він є автором теорії деформаційного зміцнення та руйнування полікристалічних металевих матеріалів і фундатором однойменної наукової школи, що здобула заслужене міжнародне визнання.
Фундаментальні дослідження В.І. Трефілова стали базою для розробки оригінального комплексу технологій електротермічної обробки сталі, який забезпечив рекордно високе поєднання міцності з пластичністю, створення технології виробництва особливо міцної сталевої броні. Вперше у матеріалознавстві Віктор Іванович разом з колегами розробили технології виробництва так званої в'язкої кераміки та алмазоподібних матеріалів, реалізували процес вибухового спікання алмазоподібних керамік. Більшість з таких технологій досі не реалізовані в інших матеріалознавчих центрах світу, незважаючи на інтенсивні роботи у цьому напрямі.
Майже півстоліття Віктор Іванович щедро ділився своїми знаннями і досвідом з учнями і колегами, дбайливо виховував наукову зміну. Серед його учнів — 50 кандидатів і 10 докторів наук.
Академік В.І. Трефілов протягом двадцяти років обирався віце-президентом НАН України і членом її Президії. Він був керівником численних міжнародних програм з фундаментальних і прикладних досліджень у галузі нових матеріалів.
З перших днів аварії на ЧАЕС Віктор Іванович брав активну участь у ліквідації її наслідків. Усе, зроблене ним у ті дні й місяці, стало яскравим проявом його наукових здібностей, великого досвіду організатора та особистої мужності.
Перу В.І. Трефілова належить більше 800 наукових праць, у тому числі 15 монографій. Він одержав понад 220 авторських свідоцтв та патентів, виданих у різних країнах світу.
Видатний внесок В.І. Трефілова у вітчизняну та світову науку високо оцінений Батьківщиною. Його нагороджено багатьма орденами і медалями. Він лауреат Державних премій СРСР та України, премій імені видатних учених України і Росії, удостоєний почесного звання «Заслужений діяч науки і техніки України». Віктора Івановича нагороджено медаллю Міжнародного Планзеєвського наукового товариства.
В.І. Трефілов користувався великою повагою і авторитетом міжнародної наукової спільноти. Він був академіком Російської академії наук, Академії інженерних наук Росії, Міжнародної академії кераміки, Інституту металів Великої Британії, Інституту спікання Югославії.