В 1973 году Сергей Семенович успешно защитил кандидатскую диссертацию на тему "Исследование и разработка системы автоматического вождения пропашного культиваторного агрегата с коррекцией движения по уклону". Он – автор более 50 научных работ, множества изобретений. Сергей Калаев самостоятельно и в соавторстве с коллегами зарегистрировал множество патентов. Например, вместе с Л. Х. Чибировой и В. Э. Мильдзиховым зарегистрировал несколько патентов, в том числе "Колебательный рабочий орган культиватора для сплошной обработки почвы". Разработанный коллективом учёных механизм способствует полному подрезанию сорняков и повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Еще один их совместный патент – "Колесо". Это изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей колеса путем изменения формы опорной поверхности.

А ещё Сергей Калаев изобрел волновой каток для прикатывания посевов пропашных культур; колебательный рабочий орган культиватора для сплошной обработки почвы; борону для слепого боронования посевов; щелеватель-аэратор для каменистых почв; комбинированный почвоуглубитель плуга; подвижный рабочий орган камнеуборочной машины-валкователя.

За заслуги в научно-педагогической деятельности и подготовке высококвалифицированных специалистов в 2007 г. ему присвоено почетное звание "Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации".

Недавно на ученом совете инженерного факультета Горского ГАУ Сергей Семенович представил свою новую разработку – макетный образец рабочего органа глубокорыхлителя почвы без оборота пласта. Действие механизма опирается на исследование дуализма трения и упругости (частный случай исследуемого автором Закона гармонии "Свойства компонентов дуализма вдохновляющего движения материи и принципов Вселенной").

Уверены, впереди у ученого-изобретателя ещё много успешных научных исследований.