С 2001 года работает в Санкт-Петербургском государственном университете. В настоящее время Кузнецов Н.В. – профессор, заведующий Кафедрой прикладной кибернетики СПбГУ; ведет лекционные и семинарские занятия по теории управления, прикладной теории динамических систем, управлению IT-проектами. В 2018 году коллектив кафедры под руководством Н.В. Кузнецова был признан Ведущей научной школой Российской Федерации и получил поддержку от Совета по грантам Президента Российской Федерации.

С 2007 года Кузнецов Н.В. координатор совместной научно-образовательной программы факультета Информационных технологий (University of Jyväskylä, Финляндия) и Математико-механического факультета (СПбГУ), в которой за прошедшие годы при поддержке программы стипендий Президента РФ для обучения за рубежом и Академии наук Финляндии было проведено более 13 защит диссертаций. В 2014 г. Кузнецов Н.В. получил звание Adjunct Professor, в 2016 г. стал Visiting Professor в University of Jyväskylä. В 2017 году за выдающиеся результаты в области прикладной математики и подготовку высококвалифицированных специалистов в рамках программы награжден The University of Jyväskylä IT Faculty Medal. С 2021г - соруководитель совместной научно-образовательной программы в рамках сотрудничества Технологического университета Лаппеенранты-Лахти (LUT, Финляндия) и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ).

Научные работы связаны c анализом нелинейных систем управления, систем управления фазовой синхронизацией, развитием теории скрытых колебаний, аналитико-численными методами исследования регулярной и хаотической динамики. Среди научных результатов: развитие концепций скрытых аттракторов, тривиальных и скрытых границ глобальной устойчивости и создание теории скрытых колебаний; эффективные методы построения контрпримеров со скрытыми колебаниями к проблеме Р. Калмана об абсолютной устойчивости нелинейных систем управления и к гипотезе Л. Чуа о самовозбуждении аттракторов в цепи Чуа; обоснование процедуры нестационарной линеаризации и построение контрпримеров перроновского типа; доказательство гипотезы А. Идена о ляпуновской размерности глобального аттрактора для ряда известных динамических систем; решение проблемы У. Игана о полосе захвата и проблемы Ф. Гарднера о полосе быстрого захвата для систем управления фазовой синхронизацией; анализ возникновения колебаний в замкнутой нелинейной динамической модели Саяно-Шушенской ГЭС; выявление скрытых колебаний в электромеханических системах с эффектом Зоммерфельда; строгий анализ устойчивости и скрытых колебаний в задаче М.В. Келдыша о нелинейном анализе моделей подавления флаттера.

Кузнецов Н.В. — автор и соавтор более 300 публикаций (из них более 200 в изданиях, индексируемых Scopus), в том числе 13 докладов на Конгрессах Международной федерации по автоматическому управлению (IFAC World Congress), 17 статей в Докладах Академии Наук, 5 монографий и 10 свидетельств об интеллектуальной собственности. В 2016 и 2017 годах назван одним из двух самых высокоцитируемых российских ученых (Russian Highly Cited Researchers) в области прикладной математики. В 2019 году включен в глобальный список высокоцитируемых ученых (Highly Cited Researchers), где стал одним из 4 российских ученых с основным местом работы в РФ, в области междисциплинарных исследований по данным Web of Science Group, в 2020 году также включен в мировой список Highly Cited Researchers.

С 2018 года возглавляемый Н.В. Кузнецовым научный коллектив получил статус Ведущей научной школы Российской Федерации, в связи с этим Кузнецов Н.В. получал почетное право произвести полуденный выстрел со стены Нарышкина бастиона Петропавловской крепости в честь празднования дня рождения Санкт-Петербургского университета 8 февраля.

В 2019 году выдвинут кандидатом в члены-корреспонденты РАН по Отделению энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН академиком РАН Пешехоновым В. Г.. В 2020 г. стал лауреатом Премии СПбГУ за научные труды и в 2021 г. получил Премию им. В. Афраймовича за работы по «Теории скрытых колебаний и устойчивости динамических систем».

Кузнецов Н.В. — главный редактор журнала «Дифференциальные уравнения и процессы управления» (ВАК, Scopus), входит в редколлегии журналов «International Journal of Bifurcation and Chaos in Applied Sciences and Engineering» (WoS), «Journal of Applied Nonlinear Dynamics» (Scopus), «Автоматика и телемеханика» (ВАК, WoS), «Проблемы управления» (ВАК, WoS), «Гироскопия и навигация» (ВАК, Scopus), «Известия ВУЗов Прикладная нелинейная динамика» (ВАК), серии Nonlinear Physical Science (Springer).

В 2013 году участвовал в организации защит и был научным со-руководителем первых диссертаций на степень Ph.D. СПбГУ, впервые в современной России самостоятельно присуждаемой университетом. Член Российского национального комитета по автоматическому управлению, Комитета по политике Международной федерации по автоматическому регулированию (IFAC Policy committee); включен в Федеральный реестр экспертов научно-технической сферы и Корпус экспертов по естественным наукам, эксперт DAAD, Российского научного фонда, РАН. В 2021 г. Кузнецов Н.В. назначен ученым секретарем Совета по теории и процессам управления при ОЭММПУ РАН.

Член программных комитетов ряда российских и международных конференций IFAC, со-председатель программных комитетов конференций «Математическая теория управления и приложения» в рамках Мультиконференции по проблемам управления.