Кандидатськадисертація «Зміна хімічного складу річкових вод басейну Верхнього Дніпра під впливом антропогенного фактора» зі спеціальності «гідрохімія»— захищена у Гідрохімічному інституті Держкомгідромету СРСР (Ростов-на-Дону, Росія) у 1985р.
1985 р.— навчання на Міжнародних вищих гідрологічних курсах ЮНЕСКО.
Докторськадисертація «Оцінка впливу агрохімічних засобів на стік хімічних речовин та якість поверхневих вод (на прикладі басейну Дніпра)» зі спеціальності 11.00.07— «гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія»— захищена у КНУ імені Тараса Шевченка у 1996р.
Науковий керівник 10 кандидатських дисертацій і науковий консультант 4 докторських дисертацій, захищених з гідрології.
Доповідь Хільчевського на відкритті 5-ї конференції «Гідрологія, гідрохімія, гідроекологія», Чернівці, 2011 р.Ректор КНУ ім. Т. ШевченкаВ.А. Бугров (ліворуч) вручає проф. В.К. Хільчевському медаль НАПНУ «Ушинський К.Д.», 2023 р.
Дослідив формування хімічного складу поверхнево-схилового та інших видів стоку на експериментальних водозборах водобалансових станцій у різних природних зонах України. Започаткував новий науковий напрям— агрогідрохімія (1989—1996рр.)[2].
Розвинув основи гідрохімії регіональних басейнових систем, в тому числі транскордонних, що викладено в серії монографій по річках: Дніпро (1996, 2007); Дністер (2002, 2013); Західний Буг (2006); Рось (2009); Південний Буг (2009); Горинь (2011); Інгулець (2012); Сула, Псел, Ворскла (2014).
Удостоєний Державної премії України в галузі науки і техніки 2017 року у складі авторського колективу за цикл наукових праць «Оцінка, прогнозування та оптимізація стану водних екосистем України» (В.І.Осадчий, Б.Ю.Корнілович, П.М.Линник, Ю.Б.Набиванець. Є.І.Никифорович, О.О.Протасов, В.К.Хільчевський, В.І.Щербак).
Виконав дослідження з розподілу глобальних водних ресурсів, як учасник міжнародного проєкту ООН, реалізованого видавництвом Springer, зі створення Енциклопедії цілей сталого розвитку ООН— «Clean Water and Sanitation. Encyclopedia of the UN Sustainable Development Goals» (2018—2022рр.).
Розробив у складі авторського колективу ДСТУ 3517:2024 "Гідрологія суходолу. Терміни та визначення основних понять" (затверджений Національним органом стандартизації в 2024 р.).
Має понад 600 наукових праць, серед яких понад 65 книг: понад 20— монографії, понад 10— підручники з грифом МОН України, понад 20— навчальні посібники); низка карт якості вод в «Гидрохимическом атласе СССР» (1990) та «Національному атласі України» (2007).
Близько 40 його книг у PDF-форматі представлено у науковій електронній бібліотеці НБУ ім. В.І.Вернадського[3].
Водні об'єкти України та рекреаційне оцінювання якості води: навч. посібник (2022).
Khilchevskyi V., Karamushka V. (2022) Global Water Resources: Distribution and Demand. In: Leal Filho W., Azul A.M., Brandli L., Lange Salvia A., Wall T. (eds) Clean Water and Sanitation. Encyclopedia of the UN Sustainable Development Goals. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95846-0_101 (монографія).
Гідрографія та водні ресурси Європи: навч. посібник (2023).
Гідроекологічні аспекти водопостачання та водовідведення: навч. посібник (2023).
Управління річковими басейнами: навч. посібник (2024).
Управління транскордонними водними ресурсами: навч. посібник (2024).
Детальний перелік наукових праць вченого (на 01.01.2019 р.) наведено у роботі[4].
Він активно співпрацює в національному проєкті— Велика українська енциклопедія, опублікувавши понад 130 статей з гідрологічної тематики на електронній платформі ВУЕ[5].