В 1960 г. С.Н. Федоров провел первую имплантацию ИОЛ. Это была ирис-клипс линза модели Бинхорста собственного изготовления. В 1960 г. он провел 4 имплантации этих линз. Последующие десятилетия доказали перспективность выбранного им научного направления. Только в России С.Н. Федоровым и его учениками проведено уже около 1,5 млн. таких операций.
В 1961-1967 гг. были изготовлены и имплантированы первые сотни искусственных хрусталиков, которые до сих пор стоят в глазах пациентов. Осваивались методики задней кератотомии по Сато в эксперименте на кроликах, витрэктомии и возможность введения силикона в полость стекловидного тела.
Главной задачей стало развитие технологии микрохирургии. Федоров ввел в повседневную практику операционный микроскоп, микрохирургический инструментарий.
Под руководством С.Н. Федорова создана оригинальная формула для расчета ИОЛ, введены инструментальные методы измерения длины глаза, Создана новая ирис-клипс линза Федорова-Захарова «Спутник» (1966 г.), материал «Спектр» (желтый цвет ИОЛ, ультрафиолетовый фильтр). Исследования С.Н. Федорова заложили основы современной имплантологии.
Федоров инициирует развитие серьезных морфологических исследований, которые позволяют обосновывать новые хирургические подходы к лечению катаракты, глаукомы, сахарного диабета глаз, отслойки сетчатки, миопии. Ведется поиск новых биологических и полимерных материалов, что в дальнейшем стало основой развития собственного научно-экспериментального производства.
1968 г. - склеропластика при близорукости, первые операции кератомилеза без замораживания, а уже в 1972-1974 гг. - первые операции радиальной кератотомии. И опять все впервые: дозированный кератотомический нож - сначала металлический, затем алмазный, набор инструментов, математические расчет рефракционного эффекта операции. С.Н. Федоров - пионер интраокулярной коррекции аметропии, им предложены факичные ИОЛ для коррекции высочайших степеней миопии и гиперметропии. В 1974 г. в руководимом им институте создан отдел лазерной хирургии. И снова прорыв в рефракционной хирургии: разработан метод лазерной инфракрасной кератопластики (взамен ранее созданной термокератопластики) при гиперметропии и эксимерлазерная кератэктомия при миопии на отечественной лазерной установке «Профиль». Впервые в России проведена операция LASIK.
С 1965 г. С.Н. Федоров начинает работать в области кератопластики и кератопротезирования. Разработана технология сквозной кератопластики с трансплантатом большого диаметра (8,0 — 9,0 мм), сквозная ступенчатая кератопластика. Создана и успешно применяется в практике модель кератопротеза Федорова-Зуева. По его инициативе в 1988 г. создается Глазной банк - крупнейший в России и Европе.
В 1966-1968 гг. Святослав Николаевич проводит операции пересадки стекловидного тела при тяжелых гемофтальмах, а с 1972 г. — витрэктомии. Под его руководством проходит ряд исследований по внедрению в практику витреоретинальной хирургии жидкого силикона, фторорганических соединений, пломбирующего материала. В 1966 г. создан Центр диабета глаза.
В начале 70-х гг. на основе целого ряда научных исследований кровообращения глаза, а также патологических процессов при первичной открытоугольной глаукоме С.Н. Федоров предлагает рассматривать глаукому как ишемическую болезнь переднего отдела глаза. Им предложены принципиально новые антиглаукомные операции - склерангулореконструкция и глубокая склерэктомия. А с середины 80-х гг. создается и успешно развивается непроникающая хирургия глаукомы и вазореконструктивные операции.