Գիտաշխատող։ Սերգեյ Մելքոնյանը նաև հրավիրյալ պրոֆեսոր է Երևանի պետական համալսարանում և Հայ-ռուսական համալսարանում:
Մինչև ԱՊՐԻ Արմենիային միանալը, Սերգեյը 2020-2022 թվականներին եղել է ՀՀ նախագահի՝ հետխորհրդային երկրների և Մերձավոր Արևելքի հարցերով օգնական։ Նա չորս տարի եղել է Արևելագիտության ինստիտուտի գիտաշխատող՝ կենտրոնանալով Իսրայելի արտաքին և պաշտպանական քաղաքականության, ինչպես նաև Մերձավոր Արևելքի անվտանգության դինամիկայի վրա: 2018–2020 թվականներին եղել է Հայկական հետազոտությունների և զարգացման ինստիտուտի Եվրասիայի և Մերձավոր Արևելքի բաժնի ղեկավար։
Սերգեյը Ռուսաստանի Դաշնության արտաքին գործերի նախարարության դիվանագիտական ակադեմիայի պատմական գիտությունների թեկնածու է: Նա գրախոսվող ամսագրերի համար գրել է բազմաթիվ ակադեմիական հոդվածներ, ինչպես նաև գրքերի գլուխներ, վերլուծական զեկույցներ և հոդվածներ ուղեղային կենտրոնների համար, ինչպես նաև «op-ed»-ներ միջազգային հարթակների համար:
Փորձագիտական ոլորտներ՝ Ռուսաստանի արտաքին քաղաքականություն, ներառյալ Հայաստանի հետ հարաբերությունները, Իրանի` Մերձավոր Արևելքի և Հարավային Կովկասի նկատմամբ քաղաքականությունը, Մերձավոր Արևելք:
