С 1939 по 1946 годы О. К. Давтян работал заведующим энергохимической лабораторией Московского Энергетического Института, руководимого в то время. Г. М. Кржижановским, и занимался проблемами электрохимической энергетики, топливными элементами и секретными разработками в области обороны. В 1944 году он защитил докторскую диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук по проблеме топливных элементов, а в 1947 году опубликовал книгу "Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую", которая принесла автору мировую известность. <ref>Это была первая в мире монография, в которой была представлена теория и технология получения топливных элементов. За эти работы О. К. Давтян был награжден орденом Красной Звезды.</ref>
В 1946 г. по приглашению Президиума АН Арм.ССР О.К.Давтян организует лабораторию по разработке методов разделения и обогащения радиоактивных изотопов и газовых смесей. Одновременно он читает курс лекций по квантовой химии в [[ЕрГУЕреванский государственный университет|ЕГУ]], а затем в Одесском университете, которые легли в основу созданного им первого в СССР учебника “Квантовая химия” (1962 г.).
В 1953 г. ему присваивается звание профессора физики, и он приглашается в Одесский университет заведовать кафедрой физической химии. Здесь Давтян создает научную школу в области электрохимии, основав проблемную лабораторию по разработке топливных элементов. Публикует многочисленные труды в самых различных областях химии, физики и математики.