Moleküllerin elektronik yapısını ve kimyasal reaksiyonları anlamada önemli bir rol oynayan Oktay Sinanoğlu, Polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu üzerine yaptığı çalışmalarla polimer kimyasına ciddi katkılarda bulunmuştur.
Sinanoğlu, matematiğin çeşitli alanlarında, özellikle de grup teorisi ve graf teorisinde önemli çalışmalar yapmış, kuantum mekaniğini kimyasal problemlere uygulamak için yeni yöntemler geliştirmiştir.
Kanserin moleküler temellerini anlamak için çalışmalar yapan Sinanoğlu, Türkiye'de bilim eğitiminin gelişmesi için önemli katkılarda bulunmuştur.
Yaptığı çalışmalarla birçok ödüle layık görülen Sinanoğlu; Guggenheim Bursu (1963), TÜBİTAK Bilim Teşvik Ödülü (1974), Uluslararası Akademi Ödülü (1983) Linus Pauling Madalyası da (1993) kazanmıştır.
