Trong khoảng năm 1923-1924, Maksutov nghiên cứu chế tạo một loại kính viễn vọng tương phẳng (aplanatic telescope), tìm hiểu các đặc tính của hệ thống kính viễn vọng sử dụng hai gương phản xạ và tìm ra một số công thức về hệ thống này - chú ý rằng do điều kiện bị cô lập của Liên Xô mà Maksutov không hay biết gì về các nghiên cứu tương tư của George Ritchey, Karl Schwarzschild and Andre Couder. Nghiên cứu này của Maksutov được đăng trên các ấn bản của Viện Quang học Quốc gia[8] vào năm 1932 với tên gọi "Hệ thống gương phản xạ không có cầu sai và các phương pháp mới để thử nghiệm nó" (Анаберрационные отражающие поверхности и системы и новые способы их испытания), nội dung nói về các kết quả khảo sát của Maksutov về hệ thống kính viễn vọng hai gương phản xạ cũng như phương pháp hiệu chỉnh chúng, cung cấp các thông tin về các kiểu kết hợp thông số quang học có thể được sử dụng cũng như ưu và nhược điểm của hệ thống này.

Kết quả nghiên cứu của Maksutov được ứng dụng trong việc xây dựng một số gương phản xạ lớn như gương 400mm dành cho kính viễn vọng của Đài thiên văn Byurakan. Thường trong tổ hợp kính thiên văn truyền thống, phía trước gương cầu sơ cấp cần có một gương phẳng hiệu chỉnh giúp loại bỏ hiện tượng quang sai cầu. Gương phẳng này phải có cùng kích thước với gương cầu và có độ phẳng gần như tuyệt đối, đòi hỏi công việc sản xuất phức tạp và tốn kém. Phương pháp của Maksutov thay gương phẳng này bằng một gương cầu có kích kích thước nhỏ hơn, giúp đơn giản hóa việc sản xuất và tạo ra được một tổ hợp kính thiên văn nhỏ gọn hơn. Về sau phương pháp này được dùng để chế tạo kính thiên văn 2,6 mét mang tên G. A. Shayn tại Đài thiên văn Krym.

Trong thập niên 1930, Maksutov phát triển phương pháp kiểm soát các tính chất quang học của thấu kính nhìn xa loại cỡ lớn (800mm), cụ thể là kiểm soát các tính chất của phôi thủy tinh dùng cho chế tạo kính cron và kính flin[9]. Nghiên cứu này nhằm phục vụ cho dự án chế tạo vật kính lớn nhất thời bấy giờ với đường kính 800mm (32 inch) dùng cho kính viễn vọng ở đài thiên văn Pulikovo. Kính viễn vọng 800mm đã được hãng Grubb Parsons bắt đầu chế tạo từ thời Nga hoàng, trong đó tất cả các thành phần của kính đã được hoàn tất ngoại trừ thấu kính. Các thử nghiệm chế tạo ở Anh và Đức tỏ ra không thành công và vì vậy, công việc được chuyển giao cho Viện Quang học Quốc gia. Vụ bắt giữ Maksutov vào năm 1938 xảy ra khi ông đang tham gia dự án này, và bản thân Maksutov gặp rất nhiều khó khăn do sự bất hợp tác của các đồng sự vốn có thành kiến nặng nề về xuất thân "phản động" của ông. Cuộc chiến tranh vệ quốc vĩ đại bùng nổ cũng khiến khó khăn thêm chồng chất, tỉ như kỹ thuật viên của dự án đã chết trong chiến tranh và một thấu kính cỡ 760mm do hãng Alvan Clark & Sons chế tạo cũng bị phá hủy. Riêng thấu kính 800mm đã được hoàn tất năm 1946 và được gìn giữ an toàn, tuy nhiên trong thời gian này kính viễn vọng sử dụng thấu kính thuần túy đã trở nên lỗi thời. Chiếc kính của Maksutov hiện được trưng bày trong bảo tàng của Đài thiên văn Pulkovo.[3]

Một thành quả khác của Maksutov là công trình nghiên cứu vật kính có mức độ sắc sai thấp[10]. Năm 1928 nhận bằng phát minh về dụng cụ nội soi và chụp hình dạ dày.[11]. Ông cũng phát minh ra một loại "kim hiển vi" dùng để quan sát tế bào đang hoạt động trong cơ thể người.[12][13]. Loại dụng cụ này có kích thước rất nhỏ với đường kính 4mm, sử dụng 6 thấu kính với cái lớn nhất cũng chỉ có 2,2mm.[3]

Năm 1934, Maksutov hoàn thiện "phương pháp bóng tối" (теневой метод) nhằm nghiên cứu bề mặt của kính phản xạ, chuyển đổi các đặc tính định tính về dạng định lượng[14][15][16][17]. Dựa vào kinh nghiệm phong phú của mình, Maksutov đã tự mình chế tạo nhiều thiết bị quang học có độ chính xác cao, từ các thấu kính, gương phản xạ cho đến lăng kính với nhiều kích cỡ, công dụng khác nhau, các sản phẩm này được trình bày trong một số bài viết khoa học của tác giả[18][19][20][21][22][23][24]. Ông cũng trực tiếp tham gia chế tạo gương parabol đường kính 500mm dành cho kính viễn vọng quan sát mặt trời ở Đài thiên văn Pulkovo vào năm 1940. Nghiên cứu về các kiểu kính viễn vọng khác nhau cũng được đề cập trong một số bài viết khác của Maksutov[25][26][27][28][29][30][31][32][33].

Năm 1941, Maksutov sáng chế ra một kiểu kính viễn vọng được cho là có vai trò rất quan trọng trong lịch sử phát triển khí cụ quang học. Kính viễn vọng này có ý tưởng dựa trên kiểu ống kính do Bernhard Schmidt sáng chế, với đặc điểm cải tiến nổi bật là cửa kính hiệu chỉnh ánh sáng (corrector) mặt cầu dạng thấu kính một mặt lồi một mặt lõm (meniscus)[34]

Theo lời Maksutov thì ông sáng chế ra kính này vào khoảng đầu tháng 8 năm 1941 tại khu vực nằm giữa Murom và Arzamas, trên đường di tản đến trụ sở mới của Viện Quang học[35]. Phát minh này không xảy ra ngẫu nhiên, trước đó Maksutov đã nghiên cứu một đề án thiết kế kính thiên văn cỡ nhỏ dành cho trường học và cho dân thiên văn nghiệp dư[36]. Yêu cầu của kính là phải đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt trong khi giá phải rẻ, dễ chế tạo và bền bỉ, và mô hình gương phản xạ mặt cầu nằm trong ống niêm kín được cho là phù hợp nhất cho các chỉ tiêu đó. Trong quá tình cân nhắc các kiểu cấu hình, Maksutov nảy ra ý tưởng sử dụng thấu kính hiệu chỉnh mặt cầu (meniscus corrector), đây là một thấu kính phân kỳ đặt ở "cửa" trước của ống kính viễn vọng, với mục đích làm giảm mức độ quang sai và cầu sai của gương cầu phản xạ sơ cấp trong kính viễn vọng.

Khi có mặt tại trụ sở mới của Viện quang học ở Yoshkar-Ola, Maksutov bắt tay vào chế tạo chiếc kính viễn vọng mà mình dày công nghiên cứu từ lâu. Chiếc kính này có đường kính 100mm và khả năng phóng đại 20 lần. Chiếc kính hoàn thành vào ngày 26 tháng 10 năm 1941, và quá trình thử nghiệm diễn ra thành công, hiệu quả làm việc của chiếc kính được đánh giá là xuất sắc. Bằng sáng chế được cấp cho Maksutov vào ngày 6 tháng 11 cùng năm[3]. Trong một năm sau đó, Maksutov nghiên cứu ứng dụng thiết kế của mình trên các lĩnh vực khác, như kính hiển vi, đèn soi, máy ghi phổ, máy đo góc, máy do lỗi trong các tấm thủy tinh,... sau đó ông gửi nội dung nghiên cứu lên Tạp chí Hội Quang học Hoa Kỳ (Journal of the Optical Society of America - JOSA) để xem ý kiến của các chuyên gia nước ngoài[37][38]. Bài viết về phát minh của Maksutov được đăng lần đầu trên JOSA vào số tháng 5 năm 1944[39], nó nhận được sự đánh giá tích cực của cộng đồng khoa học đến nỗi D. D. Maksutov được phong tước vị "giáo sư" mà không cần phải bảo vệ một luận án khoa học nào[3][6]. Ông cũng cho ra lò một bài viết nói về kinh nghiệm làm giảm thiểu mức độ quang sai trong các thấu kính và thấu kính mặt cầu.[40] Vào năm 1945 Maksutov được cấp bằng sáng chế cho phát minh này[6].

Kiểu viễn vọng này có nhiều ưu điểm, tỉ như góc nhìn lớn, chất lượng hình ảnh cao mà lại nhỏ gọn; vì vậy nó nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trên nhiều phương diện khác nhau. Maksutov đã chỉ ra việc ứng dụng phát minh của ông trong việc cải sửa các kính viễn vọng kiểu cũ như kiểu Gregory, Newton, Herschel, Cassegrain, hay Schmidt. Kính viễn vọng Maksutov có thể nói là nguồn gốc của nhiều loại kính viễn vọng - kể cả các kính viễn vọng dùng trong trường học được sản xuất từ năm 1946.

Trong thời kỳ chiến tranh vệ quốc, Maksutov nghiên cứu chế tạo kiểu ống kính chụp xa hỗ trợ cho việc xạ kích các mục tiêu tầm xa trong lãnh thổ địch.[41] Kiểu thấu kính này về sau được phát triển thành dòng ống kính MTO dành cho dân chụp ảnh chuyên nghiệp lẫn nghiệp dư, với các tiêu cự 250, 500 and 1000 mm. Kiểu MTO-500 và MTO-1000 đã được trao giải Grand Prix tại triển lãm Expo năm 1958 ở Brussels.

Sau chiến tranh, Maksutov bắt tay vào thiết kế và chế tạo một số kính viễn vọng lớn với thấu kính hiệu chỉnh mặt cầu. Trong số đó bao hàm kính viễn vọng ASI-2 có đường kính 500mm đặt tại Đài thiên văn Kamenskoye ở Almaty, kính viễn vọng MTM-500 tại Đài quan sát Vật lý thiên văn Krym và Đài Thiên văn Hisor (Tajikistan), kính viễn vọng AZT-5 tại Viện thiên văn Shternberg, kính viễn vọng đường kính 700mm tại Đài thiên văn Abastumanskoy. Ông cũng thiết kế kính chụp sao độ phân giải cao, không bị loạn sắc AZT-16 đường kính 700mm, sản xuất bởi công ty LOMO, và một gương phản xạ đường kính 1000mm đặt tại Đài thiên văn Mount El Roble ở Chile vào năm 1967. Từ năm 1950, Maksutov chuyển sang nghiên cứu các đề tài khoa học mà ông từng tham gia hồi trước chiến tranh[42], liên quan đến việc sử dụng gương kim loại thay cho gương kính truyền thống. Ông nghiên cứu tại Đài thiên văn Quốc gia Pulkovo, đạt được nhiều thành quả trong việc sản xuất và phát triển các gương kim loại; chiếc lớn nhất trong số đó có đường kính 700mm, làm bằng thép không rỉ, mặt parabol, cấu trúc kiểu tổ ong, và có khối lượng nhẹ, được đặt trong kính viễn vọng mã số RM-700.

Maksutov cũng nghiên cứu cách thức đơn giản hóa việc tính toán các thông số quang học, vấn đề này sinh khi chế tạo các thiết bị quang học ngày càng chính xác và phức tạp hơn. Ông phát triển các phương pháp giản lược hóa quá trình tính toán thông qua các biểu đồ và đồ thị, liên kết với nhau bởi một hệ thống các thông số quan trọng nhất của hệ thống kính viễn vọng gương cầu hay kính Casegrain. Ông sử dụng nó như là công cụ tính toán cho thước logarit nửa mét. Các nghiên cứu này được viết trong tác phẩm "Bàn về phương pháp tính toán hệ thống kính viễn vọng gương cầu" (О расчёте менисковых систем), xuất bản bởi Viện quang học sau khi ông mất[43].

Maksutov cũng tham gia công tác đào tạo các chuyên viên và kỹ thuật viên trong lĩnh vực quang học. Kinh nghiệm của ông được tóm gọn lại trong các chuyên khảo có giá trị lớn về khoa học[44][45]