Работы астрономов Петербургской академии подготовили ряд крупнейших научных открытий. Они заложили основы кинетической теории газов, теории ахроматов, детально изучили свойства дифракции и рефракции света, подготовив тем самым создание теории этих явлений, а также доказали существование атмосферы на Венере и отсутствие ее на Луне. Петербургские ученые принимали самое активное участие в первых международных научных предприятиях XVIII века — астрономических наблюдениях для определения параллаксов небесных тел (Солнца, Луны, Марса, Меркурия и других планет), в результате которых были получены первые научные данные о размерах Солнечной системы.

В Петербургской академии наук XVIII века была найдена даже весьма удачная форма организации для руководства всеми астрономо-геодезическими работами страны — так называемый Географический департамент, по образцу которого впоследствии создавались Парижское бюро долгот и аналогичные организации в других странах.

Петербургские ученые-метеорологи XVIII века, разработав инструменты собственной конструкции и детальную программу исследований, первыми в нашей стране начали многолетние систематические наблюдения, заложив тем самым основу отечественной метеослужбы.

Деятельность академии способствовала развитию исторической науки в России. Исследования Шлецера, Миллера, Байера в этой области до сих пор являются предметом оживленной дискуссии сторонников и противников норманнской теории образования Российского государства.

Важным результатом деятельности академии явилась деятельность М. В. Ломоносова, основателя первого Российского университета в Москве, ученого, преуспевшего во многих отраслях научных знаний.

Таков был триумфальный итог деятельности Петра и Брюса по созданию Академии наук. При этом необходимо учитывать, что Яков Вилимович при создании академии и в ходе ее работы выступил не только как организатор важнейшего в России учреждения. В своей переписке с учеными Академии наук он проявил себя и как ученый-энциклопедист.

В 1727 году двадцатилетним молодым человеком в Петербургскую академию наук приехал работать Леонард Эйлер. Он получил профессуру в академии и в 1732 году вступил в переписку с Брюсом, к тому времени уже жившим в Глинках. Переписка Брюса с Эйлером рисует Якова Вилимовича как ученого, сохранившего на всю жизнь интерес к чистой математике и, как отмечает автор публикации переписки Ю. X. Копелевич, уже в старости, вдали от государственных дел внимательно следившего за состоянием математических наук в молодой академии, сумевшего оценить замечательное дарование молодого Эйлера. Брюс обсуждал выдвигаемые Эйлером математические проблемы, завязав с ним научную переписку, которая, однако, очень скоро прервалась из-за болезни и смерти Брюса.

В этой переписке Брюс выступает как математик-теоретик, с которым консультируется профессор Л. Эйлер. Такие взаимоотношения объяснимы ввиду огромной разницы в возрасте — 38 лет. Естественно, для Эйлера Брюс был более опытным, а следовательно, знающим ученым. Эйлер по достоинству оценил достижения Брюса в области математики, в свою очередь, наш герой охотно делится с молодым исследователем своими познаниями и достижениями в области построения кривых линий. Вероятно, это и высокая оценка Брюсом таланта Эйлера способствовали стимулированию исследовательской работы будущего великого математика.

Переписка показывает и необычные отношения Брюса с учеными, работавшими в Академии наук. Они стремились поделиться своими знаниями с Брюсом, рассчитывая на помощь и поддержку, а главное, понимание научных проблем в качестве специалиста-исследователя.

К сожалению, болезнь не позволила Брюсу продолжить его любимое дело и участвовать в исследовательской работе петербургских ученых. Несмотря на это, в последние годы жизни, проведенные в Глинках, Брюс занимался активной научной деятельностью. Особенно это относится к его занятиям наблюдательной астрономией.

Астрономическими наблюдениями Я. В. Брюс, получивший прекрасное по тому времени образование в одной из школ Немецкой слободы, начал заниматься еще в 1680-е годы.

Однако серьезные шаги в изучении и практическом применении астрономических знаний им были сделаны в 1698 году во время Великого посольства.

В ходе пребывания в Голландии Петр I решает поехать в Англию для приобретения навыков строительства кораблей с использованием чертежей и технической документации. С этой целью он вызывает Брюса из Москвы. 6 января 1698 года группа из шестнадцати человек во главе с Петром выехала в Англию. Брюс в составе этой группы имел особый план работы, согласованный с царем. Помимо всего, запланированного Петром, он и Брюс посещают монетный двор в Тауэре, которым руководил в те годы И. Ньютон, проводя денежную реформу в Англии.

В этот период И. Ньютон и Э. Галлей активно занимаются совершенствованием рефлекторных телескопов, работавших на системе отражательных зеркал. Создатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве (1793–1864) назвал деятельность английских ученых «основой наших астрономических знаний». Пик расцвета этой деятельности пришелся именно на конец 1690-х годов. «При этом посчастливилось присутствовать Брюсу», — сообщает исследователь В. Л. Ченакал.

После отбытия Петра на континент в апреле 1698 года Я. В. Брюс «с особыми полномочиями» был оставлен в Англии до конца года. Он работает несколько месяцев в лаборатории Ньютона, выступает с докладами на заседаниях научного Королевского общества Англии от имени коллектива ученых. Сотрудничает с руководителем Гринвичской обсерватории Дж. Флэмстидом. Фактически в конце 1698 года Брюс возвращается в Россию в качестве первого российского ученого-энциклопедиста, проводника идей И. Ньютона.

Канадский ученый В. Босс в книге «Ньютон и Россия» (Кембридж, 1972 год) на огромном фактическом материале показал, что развитие научных знаний в нашей стране, формирование штата Санкт-Петербургской академии наук, открытой в 1725 году, происходили благодаря Я. В. Брюсу под влиянием ньютонианства, что сразу вывело Россию на передовые позиции в развитии научных знаний.

Во время пребывания в Англии Брюс начал создание рукописной книги «Статьи по математике и астрономии». Книга имела разделы: «Угловой сектор», «Построение синусов, тангенсов и секансов», «Основы пропорции диаметра окружности к ее длине», «Техника логарифмов или действия с логарифмами», «Основные логарифмы заданных чисел», «Проблемы астрономии», «Теория движения планет», «Орбита Луны», «Орбита Солнца», «Проекция орбиты Солнца», «Три известных долготы Солнца, находящихся в его апогее и перигее».

Статья из этой книги «Теория движения планет» в качестве научного трактата хранится в библиотеке Кембриджского университета и библиотеке Российской академии наук в Санкт-Петербурге.

Вернувшись из Англии, Брюс консультирует Петра I при проведении астрономических наблюдений. Известны опыты наблюдений за затмением Солнца в 1699 году, полетами болидов (звездных тел) в 1704 и 1716 годах. Консультации Брюса касались определения местоположения и подбора приборов и инструментов для проведения таких наблюдений. В 1706 году Брюс по просьбе Петра высылает ему чертеж инструмента для определения высоты склонения Полярной звезды и подробное описание применения инструментов для успешного проведения такого опыта.