Под руководством профессора С.Н.Кулькова создано и развивается научное направление - материаловедение металлических и керамических композитов со структурными превращениями, которое органически объединяет физику пластической деформации и физическое материаловедение композитов на металлической и керамической основе. С.Н.Кульковым сформулированы принципы создания композиционных материалов конструкционного и функционального назначений на основе исследований структурных фазовых превращений в твердых телах, позволяющие формировать наноструктуры в металлических и керамических композитах. Под его руководством выполнен ряд комплексных исследований по установлению закономерностей синтеза наноструктурных керамических и металлокерамических материалов, получаемых в процессах компактирования нанодисперсных порошковых смесей и высокотемпературного синтеза интерметаллических соединений с нанодисперсными компонентами. На основе этого подхода разработан спектр новых материалов самого различного назначения: конструкционных, инструментальных, биоматериалов.