П. І. Фомін — автором широковідомих фундаментальних праць з квантової теорії поля та теорії елементарних частинок, астрофізики та космології, в яких висунуто ряд глибоких фізичних ідей і одержано визначні результати.
Праці П. І. Фоміна з фізики елементарних частинок та квантової теорії поля присвячені дослідженню структури фізичного вакууму та проявів його властивостей у різноманітних фізичних процесах. П. І. Фомін є автором понад 170 наукових праць. Його праці з квантової космології, релятивістської астрофізики та теорії елементарних частинок стали важливим внеском у розвиток цих галузей науки.
Наукова школа
Серед його учнів п'ять докторів та 16 кандидатів наук (Вільчинський С. Й. та ін.), які плідно працюють як в Україні, так і за кордоном. Фомін Петро був президентом Українського гравітаційного товариства, Головним редактором «Вісника Астрономічної школи».