Es conocido por sus aportaciones en el ámbito de las telecomunicaciones a lo largo de 70 años, a pesar del relativo aislamiento del resto de la comunidad científica al que se vio sometido debido a la situación política en su país durante los años de la Guerra Fría.
Como primer director de OKB-MEI colaboró en la creación del primer sistema de seguimiento y telemetría para el programa astronáutico soviético.
[3] A Kotélnikov se le conoce por haber desarrollado el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon de forma paralela e independiente a Edmund Whittaker, Harry Nyquist y Claude Shannon.
Obtuvo numerosos premios científicos por sus trabajos en radioastronomía y teoría de la señal.
En 1961 colaboró con una de las primeras exploraciones mediante radar del planeta Venus.