Ученый, физик, академик АН Украины (1973), академик РАН (1991).
Работы посвящены металлофизике, физике прочности и пластичности металлов и тугоплавких материалов, физическому материаловедению, порошковой металлургии.
Развил теорию вязко-хрупкого перехода, учитывающую влияние на температуру хладноломкости структурных и субструктурных факторов и особенностей электронной структуры кристаллов, впервые показал, что формирование ячеистых дислокационных структур приводит не только к повышению прочности, но и к снижению хладноломкости, разработал оптимальные режимы термомеханической обработки хрома, молибдена, вольфрама.
Заложил основы технологии производства и обработки тугоплавких металлов. В частности, создал серию сплавов на основе хрома, молибдена, вольфрама и других тугоплавких металлов с повышенным уровнем физико-механических свойств.
Выполнил работы по синтезу алмазов и алмазоподобных соединений. Впервые развил физические принципы получения «вязкой» керамики, в том числе на основе алмазов и других сверхтвердых материалов.
Государственная премия УССР.
В Российском государственном архиве в г. Самаре на постоянном хранении находятся заявочные материалы на изобретения Трефилова В.И. (Ф. Р-1).
Перечень этих документов представлен в базах данных «Выдающиеся деятели науки и техники» и «Патентный каталог».
Подробнее с документами и базами данных можно ознакомиться в читальном зале архива по адресу: г. Самара, ул. Мичурина, д. 58.