Работал в Институте с первых дней его образования, пройдя путь от младшего до главного научного сотрудника. Всемирно известный специалист в области физики нейтрино и нейтринной астрофизики. Внёс огромный, а во многом определяющий вклад в создание и успешное функционирование Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа.
Он в соавторстве с А.Ю.Смирновым обнаружил новые эффекты в осцилляциях нейтрино, обусловленные влиянием вещества, что позволило решить проблему дефицита солнечных нейтрино.
Он - ученик академика А.Е.Чудакова, внёс значительный вклад в становление этой академической научной школы и являлся одним из её руководителей. Много внимания уделял работе с молодыми учёными и студентами.
Лауреат Премии имени академика М.А.Маркова Института ядерных исследований Российской академии наук (2008) "За большой вклад в разработку теории нейтринных осцилляций, проблем нейтринной астрофизики, анализ данных уникальных астрофизических установок Института на Баксане, Байкале, LVD, LSD и других", Международной премии им.Б.М.Понтекорво (2005) "За предсказание и исследование влияния вещества на осцилляции нейтрино, получившее название эффекта Михеева-Смирнова-Вольфенштайна", Премии Джуна Джона Сакураи за работы в области теоретической физики элементарных частиц Американского физического общества (2008). Имя С.П.Михеева внесено в Книгу Почёта ИЯИ РАН (2008).
Научные труды С.П.Михеева навсегда вписали его имя в историю науки.