По окончании лечебного факультета 1-го Московского медицинского института имени И.М. Сеченова и аспирантуры В.Г. Зилов работал на кафедре нормальной физиологии 1-го ММИ имени И.М. Сеченова: ассистентом (1967—1969), доцентом (1969—1979), профессором (1979—1993). В 1988—1992 — проректор по научной работе 1-го ММИ имени И.М. Сеченова. С 1993 года Вадим Георгиевич заведует кафедрой нелекарственных методов лечения и клинической физиологии Московской медицинской академии имени И.М. Сеченова.

Одним из первых в мире В.Г. Зилов начал изучать роль олигопептидов в механизмах корково-подкорковых взаимоотношений ряда поведенческих реакций. Им установлена способность некоторых олигопептидов временно и селективно изменять качество мотивационных поведенческих реакций, вызванных из гипоталамуса, исследована роль классических нейротрансмиттеров в реализации отмеченных эффектов. Результаты экспериментальных исследований В.Г. Зилова расширили представления о пластических возможностях мозга в реализации различных поведенческих реакций, основу которых составляют биологические мотивации.

В настоящее время научные исследования В.Г. Зилова касаются нейрофизиологических основ методов нелекарственной терапии: различных видов акупунктуры, мануальной терапии и т.д. Изучение физиологических механизмов различных методов нелекарственной терапии имеет своей целью научное обоснование оптимального использования комплексного лечения с применением методов академической медицины и нелекарственной терапии болевых синдромов, психосоматических и соматоформных заболеваний, посттравматических стрессовых расстройств и т.д. Все это является фундаментом для развития интегративной медицины в России. Научная работа В.Г. Зилова неразрывно связана с интенсивной педагогической деятельностью, внедрением результатов научных исследований в практику здравоохранения.

В.Г Зилов — автор свыше 400 научных публикаций в отечественных и зарубежных журналах, БСЭ и БМЭ, соавтор 6 монографий, 2 руководств, 6 учебных пособий, учебника, 4 методических рекомендаций МЗ РФ и 5 пособий для врачей. Основные публикации: “Взаимодействие корковых и гипоталамических влияний на одиночных нейронах ретикулярной формации среднего мозга” (1969), “The Functional System Theory of an Organism and its Application in Research into Singleminded Behavior in Animals” (1975), «Системные механизмы мотиваций» (1979, в соавторстве), “Системный анализ нейрохимических механизмов пищевого поведения” (1979), «Основы физиологии функциональных систем» (1983, в соавторстве), “Вещество Р и вызванные этанолом изменения отдельных мотивационных поведенческих реакций кроликов” (1989, в соавторстве), “Пластичность доминирующих мотиваций” (1994), «Элементы информационной биологии и медицины» (2000, в соавторстве), «Физиология. Основы и функциональные системы» (2000), “Доминирующие биологические мотивации в деятельности мозга” (2003), “Комплексная нелекарственная коррекция посттравматических стрессовых расстройств у участников боевых действий” (2004, в соавторстве).

Вадим Георгиевич Зилов — доктор медицинских наук, академик РАМН (2002), академик Российской секции Международной академии наук (1991), член Международной организации по изучению мозга (1970), Американского Павловского общества (1981), Индийского общества по изучению и лечению боли (1989), член научного комитета Международной ассоциации Су Джок акупунктуры (1990), академик Академии медико-технических наук (1997), Международной академии информатизации (1996), член Всесоюзного (Российского) общества физиологов имени И.П. Павлова (в 1992—2004 годах — председатель Московского физиологического общества), член бюро Отделения медико-биологических наук РАМН (1996), председатель секции «Традиционная медицина» при Ученом совете МЗ РФ (1995), член научных проблемных комиссий РАМН «Механизмы системной организации физиологических функций» (1994), «Мозг» (1999), «Фундаментальные и клинические исследования интегративной деятельности нервной системы в норме и патологии» (2002), член двух диссертационных советов, заместитель председателя секции медико-биологических и фармацевтических наук Экспертного совета по медицине ВАК РФ, член редколлегии журнала «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины», редсоветов журналов «Рефлексотерапия», «Мануальная терапия», «Вестник новых медицинских технологий», «Актуальные вопросы восстановительной медицины», «Традиционная медицина», ассоциативный член международного журнала «Behavioral and Brain Sciences».