М. М. Гусеў адным з першых наладзіў фатаграфаванне паверхні Сонца і Месяца з мэтай даследавання астрафізічных з'яў. Выкарыстаў матэматычныя метады даследавання, заснаваныя на дакладным вымярэнні фотаздымкаў. Займаўся вывучэннем уласнага руху зорак, пытаннямі ўліку рэфракцыі, назіраннямі метэарытных патокаў і інш.