С.Ю. Николаева разрабатывает научное направление, связанное с проблемой преемственных связей между древнерусской культурой и литературой Нового и Новейшего времени и поддержанное грантами РГНФ. Сферой научных интересов С.Ю. Николаевой также является изучение творчества А.П. Чехова и Л.Н. Толстого, актуальные вопросы текстологии, книговедения, редактирования литературного произведения. Она автор более 200 научных работ, в том числе монографии «А.П. Чехов и древнерусская культура», учебных пособий «А.П. Чехов и Ф.М. Достоевский: проблема историзма», «Русская литература XIX века», «Детская литература», «История древнерусской литературы», статей о творчестве Н.А. Львова, Е.А. Баратынского, Ф.М. Достоевского, М.Е. Салтыкова-Щедрина, Л.Н. Толстого, А.П. Чехова, И.А. Бунина, И.С. Шмелева, Е.И. Замятина, А.А. Блока, А.А. Ахматовой, Н.С. Гумилева, Л.Н. Гумилева, В.Я. Шишкова, Н.М. Рубцова, А.И. Солженицына, Ф.А. Абрамова, В.Н. Крупина, Ю.П. Кузнецова, Н.И. Тряпкина и других.

В последние годы в сфере научных интересов С.Ю. Николаевой оказались проблемы литературной и филологической регионалистики, литературного краеведения, она публикует научные статьи и рецензии, посвященные творчеству тверских авторов:С. Герасимова, В. Какшинского,  Н. Капитанова, А. Левитина, В.Львова, С. Михни, Б. Рапопорта, В. Соловьева, Володи Соловьева,  Л. Соломоновой (Колесник), Г. Степанченко и др.

С.Ю. Николаева организовывает и проводит научные конференции «Чеховские чтения в Твери» (с 1993 г.), "Исаковские чтения: древнерусское наследие и современность" (с 2010 г.), по материалам которых в качестве ответственного редактора подготовила и выпустила ряд межвузовских научных сборников.

Под редакцией С.Ю. Николаевой в 2004 г. вышел первый выпуск «Вестника Тверского государственного университета» (серия «Филология»), первый выпуск сборника студенческих и аспирантских работ по филологии «Слово» (2004), антология «Тверская поэзия ХХ-ХXI вв.» и ещё более 10 научных сборников и монографий.

В рамках научного направления кафедры ФОИДиЛТ "Литературное произведение, книга и документ в системе межкультурной коммуникации" разрабатывает вопросы книговедения, книгоиздания, литературного редактирования, редакционной подготовки изданий.

Основные положения, сформулированные в научных трудах С.Ю. Николаевой, развивают ее ученики, соискатели и аспиранты.