Валерий Петрович, доктор физико-математических наук, широко известен в нашей стране и за рубежом как крупный ученый, внесший весомый вклад в развитие исследований в области распространения оптического излучения в случайных средах, автор и соавтор более 150 научных работ, 2 монографий, 2 авторских свидетельств. О научных успехах и компетенциях Валерия Петровича свидетельствует высокая цитируемость его статей, участие в совместных проектах с российскими и зарубежными научными группами.
Труды В.П. Аксенова направлены на изучение флуктуаций световых полей в турбулентной атмосфере и решение обратных задач применительно к проблеме восстановления характеристик лазерного излучения и атмосферных параметров. Область его научных интересов включает также проблемы адаптивной оптики, обработки изображений, оптической связи, компьютерной томографии, нелинейной динамики. Им предложен и математически обоснован метод аппроксимации решения уравнения для четвертого момента поля, распространяющегося в случайно-неоднородных средах. Разработана статистическая теория распространения оптического излучения на локационных трассах в турбулентной атмосфере, в рамках которой впервые получены теоретические результаты для сильных флуктуаций интенсивности отраженных волн, подтвержденные впоследствии экспериментами. В.П. Аксёнов является ведущим специалистом ИОА СО РАН в области нового научного направления, развиваемого в рамках физической оптики и оптики лазеров ‒ сингулярной оптики. Под научным руководством В.П. Аксёнова защищены 3 кандидатские диссертации.
В.П. Аксёнов являлся руководителем исследований, поддержанных грантами Российского фонда фундаментальных исследований, Российского научного фонда (проект № 18-19-00437 «Конфиденциальная беспроводная оптическая связь на основе вихревых пучков и криптографии атмосферными помехами»), Международного научно-технического центра (ISTC, грант № 2631 «Adaptive Optical System for Phase Correction of Laser Beams with Wave Front Vortices»). В 2015–2016 гг. В.П. Аксёнов осуществлял научное руководство проектом «Разработка системы формирования лазерных пучков с управляемой пространственной структурой для задач беспроводной оптической связи» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», руководил исследованиями по проектам Программ Отделения физических наук РАН и Президиума РАН. В 2017 году он являлся научным руководителем проекта, выполняемого в рамках Комплексной программы фундаментальных научных исследований Сибирского отделения РАН № II.2П «Интеграция и развитие».
В.П. Аксёнов регулярно выступает с приглашенными докладами на международных и российских научных конференциях, является сертифицированным экспертом Российской академии наук, членом Профессорского собрания Томской области, членом Американского оптического общества OSA.
В.П.Аксёнов – неоднократный лауреат конкурсов Сибирского отделения РАН на лучшую научно-исследовательскую работу, Заслуженный ветеран СО РАН, он награжден медалью им.С.П.Королева Федерации космонавтики РФ за результаты работ по спутниковой тематике, ему объявлена Благодарность Администрации Томской области, он получил Благодарственное письмо Администрации города Томска за активную жизненную позицию и эффективную пропаганду идей здорового образа жизни среди томичей и в связи с проведением Международной факельной эстафеты «Бег Мира-2016» на территории муниципального образования Город Томск; награжден Почетными грамотами Сибирского отделения Российской академии наук, Российской академии наук и Профсоюза работников РАН, Администрации города Томска, Благодарностью Совета ректоров вузов Томской области, Памятной медалью Губернатора Томской области «100 лет комсомолу Томской области», Медалью Губернатора Томской области «За достижения».