В 1921 году участвовал в качестве химика в первой полярной экспедиции на ледоколе «Малыгин» в Белом, Баренцевом и Карском морях. С этого началась его дальнейшая научная деятельность как морского гидрохимика. В этот период им положено начало разработке фундаментальных методических основ химии моря и создано руководство «Методика химической океанографии» (1933 г.).
С 1932 года С.В. Бруевич работал во ВНИРО, проводя различные гидрохимические исследования, на основе чего ему в 1936 году была присуждена без защиты диссертации ученая степень доктора химических наук, а затем он был утвержден в звании профессора гидрохимии. В 1943 году, во время Великой Отечественной войны, под руководством Семена Владимировича была проведена первая комплексная съемка Каспийского моря по единой методике с широким комплексом работ, включая метеорологические, гидрологические, химические, геологические, биологические и микробиологические исследования. Одновременно были организованы стандартные станции и начали проводиться регулярные сезонные наблюдения на «вековых разрезах». В 1946 году С.В. Бруевич перешел в Институт океанологии АН СССР, в котором до 1965 года возглавлял химический отдел. Он же взял на себя руководство первым рейсом научно-исследовательского судна «Витязь» в Черном море, за что был удостоен Государственной премии.
По существу С.В. Бруевичем им было создано химическое направление в работе института и воспитана целая школа специалистов, ставших впоследствии крупными учеными. За время работы Семеном Владимировичем совместно с учениками были развернуты широкие исследования разнообразных объектов и проблем химии океана. Они включают сводные работы по гидрохимии Белого, Баренцева, Аральского, Черного, Охотского, Берингова морей и Тихого океана, который явился главным объектом исследований С.В. Бруевича в последующие годы.
Очень важны также работы ученого по химическому балансу Мирового океана и обмену между океаном и атмосферой солями и газами. С.В. Бруевич понимал химию океана как комплексную науку, изучающую химические свойства вод морей и океанов, приводного слоя атмосферы, верхнего слоя донных осадков (химическая статика) и происходящие в них биохимические, физико-химические и собственно химические процессы (химическая динамика). Им было введено в научный оборот понятие «биогидрохимия», как область гидрохимии, изучающая химические элементы, играющие главную роль для построения и создания живого вещества.
Всего С.В. Бруевич опубликовал более 200 работ, включая монографии.
Основные труды:
- Бруевич С.В. Ближайшие перспективы развития химической океанологии // Труды океанографической комиссии. – 1960. – Т.10. – С. 3-12.
- Бруевич С.В. Гидрохимические исследования Белого моря // Труды ИОАНа. – 1960. – Т.42. – С. 199-254.
- Бруевич С.В. Изменения климата и уровня Каспийского моря за последние тысячелетия по химическим данным // Труды Гос. океанограф. ин-та. – 1948. – С. 23-69.
- Бруевич С.В., Деменченок С.К. Инструкция по производству химических исследований морской воды. – М.: Главсевморпуть, 1944.