В 1961 году О.Н.Крохин совместно с Н.Г. Басовым и Ю.М. Поповым впервые обосновал возможность создания инжекционного лазера, ставших основными элементами в реализации оптической связи и памяти, оптической обработке информации, эффективной накачке мощных твердотельных лазеров.
В 1965 году О.Н.Крохин предложил вариант фотодиссоционного лазера с накачкой излучением фронта ударной волны взрыва или мощного открытого электрического разряда. Этот лазер обладает рекордными удельными энергетическими характеристиками, необходимыми для технических применений и ЛТС.
О.Н.Крохину принадлежит большой цикл исследований процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом. Им была сформулирована эта проблема, вскрыты основные закономерности процесса и на их основе разработаны специальные лазерные системы, в том числе комплекс методик и аппаратура для получения изображений быстропротекающих процессов.
О.Н.Крохин является одним из основоположников прикладного использования лазерного излучения, в частности применения лазеров в медицине. Разработанный О.Н.Крохиным, совместно с другими учеными, метод остановки массивных желудочных кровотечений с применением эндоскопической техники впервые осуществлен в 1976 году и широко внедрен в практику.
Под руководством академика О.Н. Крохина ведутся работы по созданию «точечных» источников нейтронов, рентгеновского и ультрафиолетового излучения на основе быстрых пинчующихся разрядов. В ходе этих исследований удалось реализовать точечный источник мягкого рентгеновского излучения с высокой эффективностью преобразования электрической энергии в излучение для применения в рентгенолитографии.
О.Н.Крохин — член-корреспондент РАН с 1991 года, и академик РАН с 2000 года. В 1994 году Олег Николаевич Крохин возглавил Физический институт им. П.Н. Лебедева, проработав на посту директора до 2004 года. В настоящее время О.Н.Крохин — заместитель директора ФИАН. Руководит Отделением квантовой радиофизики им. Н.Г.Басова ФИАН.
О.Н.Крохин — член Бюро Отделения физических наук, член Бюро Научного совета РАН по космосу, член Научного совета РАН по комплексной проблеме «Физика плазмы» и научного совета РАН по образованию, главный редактор журналов "Краткие сообщения по физике", "Физическое образование в ВУЗах", "Квантовая электроника" и Journal of Russian Laser Research.
Среди учеников О.Н.Крохина более 20 докторов и кандидатов наук. За вклад в создание и работу уникального центра подготовки высококвалифицированных специалистов — Высшей школы физиков им. Н.Г. Басова ФИАН и МИФИ — в 2001 году ему присуждена премия Президента РФ в области образования.
О.Н.Крохин — лауреат Ленинской премии (1964 г.), Государственной премии СССР (1982 г.), Демидовской премии (2005 г.), награжден орденами Трудового Красного Знамени (1971 г.), «Знак Почета» (1976 г.), «За заслуги перед Отечеством» IV степени (1999 г.) и «За заслуги перед Отечеством» III степени (2008 г.). В 2001 году президентом Польши ему был вручен «Командорский Крест» II степени за заслуги в развитии российско-польских научных связей.
Олег Николаевич Крохин скончался 20 декабря 2022 г