Киберфизические системы промышленной автоматизации, интеллектуальные системы управления, адаптивно-стохастические модели группового управления сетевыми структурами.

Один из авторов нового научного направления — адаптивное управление стохастическими вычислительными процессами. 

Им разработан новый класс адаптивно-стохастических методов с широкими адаптивными возможностями по управлению процессом оптимизации вычислительных сеток, что позволило строить интеллектуальные алгоритмы с высокой сходимостью, глубокой степенью автоматизации и экономией вычислительных ресурсов. 

Предложенные методы используются для моделирования и цифрового проектирования широкого класса инженерных объектов и технических систем.

• Арсеньев Д.Г., Иванов В.М., Кульчицкий О.Ю. «Adaptiv methods of computing mathematics and mechanics (Stochastic variant) » // World Scientific Publishing Co., 1998, 420 стр.
• Арсеньев Д.Г., Кореневский М.Л., Кульчицкий О.Ю. «Методы адаптивного управления сеткой в задаче расчета интегральных характеристик сложных систем» // Автоматика и телемеханика. 2000. № 4.
• Арсеньев Д.Г., Иванов В.М., Кореневский М.Л. «Адаптивное управление в стохастических методах вычислительной математики и механики» // СПб.:Наука, 2008, 432 стр.
• Арсеньев Д.Г., Иванов В.М., Шкодырев В.П. «Адаптивное управление вычислительными процессами» // СПб:Наука, 2011, 308 стр.
• Арсеньев Д.Г., Берковский Н.А. «Использование последовательных методов Монте-Карло при решении задачи одновременного картографирования и позиционирования по информации о пеленгах» // Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014: ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН Москва, 2014, стр. 3634-3645.
• Арсеньев Д.Г., Берковский Н.А. «Метод присоединенных частичных фильтров в нелинейных задачах Бейсовского оценивания с параметром, имеющим высокую априорную неопределенность» // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2015. № 3.
• В материалах российской мульти-конференции по проблемам управления: ГНЦ РФ «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010, 2012, 2014, 2018 гг.
• В материалах Всероссийской мульти-конференции по проблемам управления, Таганрог, 2009, 2011, 2013, 2015, 2017 гг.
• Арсеньев Д.Г., Иванов В.М., Кореневский М.Л. «Adaptive stochastic methods in computational mathematics and mechanics» // De Gruyter, 2018, 275 стр.  
• Dmitry G. Arseniev, Ludger Overmeyer, Heikki Kalviainen, Branko Katalinic (editors) «Cyber-Physical Systems and Control» // Lecture notes in Networks and Systems. Volume 95, Springer, 2020, 763 стр.

• Премия Правительства Санкт-Петербурга в области образования за 2021 г.
• Почётная грамота Президента Российской Федерации, 2019 г.
• Почётное звание «Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации», 2012 г.
• Премия Правительства Санкт-Петербурга в области образования за 2011 г.
• Премия Правительства Российской Федерации в области образования за 2005 г.
• Нагрудный знак «Почётный работник высшего профессионального образования» Министерства образования РФ, 2002 г.
• Почётная Грамота Министерства образования Российской Федерации, 1999 г.