Болотов В.Н. руководит большой группой физиков из Института ядерных исследований РАН, Института физики высоких энергий и Объединённого института ядерных исследований, проводящих эксперименты по изучению редких распадов заряженных элементарных частиц на ускорителе У-70 Института физики высоких энергий. Им предложен новый подход к исследованию редких распадов, с помощью которого был получен ряд интересных результатов, указывающих на возможное проявление "новой физики" вне рамок Стандартной Модели. На установке ИСТРА, созданной по предложению и под руководством Болотова В.Н., впервые с высокой степенью надёжности измерено отношение аксиальной и векторной частей слабого взаимодействия, получена модельно независимая величина векторной части этого взаимодействия и впервые указано на возможный вклад тензорного члена в матричный элемент электромагнитного распада пиона. Измерены характеристики ряда редких распадов пионов и каонов. Зарегистрированы ранее не наблюдавшиеся распады и физические явления в известных распадах.

Болотов В.Н. был ответственным за один из первоочередных экспериментов в начальный период работы ускорителя У-70. Результаты, полученные в этой серии экспериментов, вошли во все справочные издания по физике высоких энергий.

Ряд новых результатов был получен Болотовым В.Н. в области создания и развития детекторов и установок для экспериментальных исследований в области физики элементарных частиц. С соавторами им были разработаны и исследованы широкозазорные искровые камеры и на их основе созданы прецизионные магнитные спектрометры и калориметры.

Болотов В.Н. проявил себя как активный организатор науки. Он возглавлял запуски станций космических лучей в Нор-Амберде и на горе Арагац (Армения). Создал лаборатории в ИФВЭ и ИЯИ РАН. Подготовил большое число научных сотрудников из студентов и аспирантов МИФИ, МФТИ и МГУ. Под его руководством было защищено 7 кандидатских диссертаций, им опубликовано более 130 научных работ.