Развитие новых рентгенодифракционных методов диагностики структуры тонких приповерхностных слоёв полупроводниковых материалов; Резонансное рассеяния синхротронного излучения в кристаллах, обладающих локальной анизотропией;
Численное моделирование энергетической структуры спектров "запрещённых" отражений на основе квантовомеханических вычислений и методов первопринципной молекулярной динамики.
Основные публикации:
Введение в дифракционный структурный анализ : [учеб. пособие] / А. С. Илюшин, А. П. Орешко ; Московский гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, Физ. фак. - Москва : Физ. фак. МГУ, 2008. - 335 с. : ил.
Интерференционные явления в резонансной дифракции рентгеновского излучения [Текст] / А. П. Орешко, Е. Н. Овчинникова, В. Е. Дмитриенко; под ред. А. С. Илюшина ; Московский гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, Физ. фак. - Москва : ОнтоПринт, 2012. - 161 с. : ил.; 20 см. - (Сделано - сказано).; ISBN 978-5-905722-04-2
Система подготовки кадров на кафедре физики твердого тела Московского университета / А. С. Илюшин, А. П. Орешко. - Москва : Физический факультет МГУ, 2020. - 852 с. : ил., портр., табл.; 21 см.; ISBN 978-5-8279-0187-7 : 200 экз.