Учёный, специалист в области аэрогидродинамики, энергетики, механики и прикладной физики, академик АН СССР. В 1944-1949 г. работал в Институте механики АН СССР, затем в Институте атомной энергии (1949-1973 гг., с 1960 заместитель директора). В годы развития реактивной авиации разрабатывал методы расчёта движения газов в трубах при теплообмене. Создал ряд экспериментальных установок для исследований диффузоров, эжекторов и пр. Основные труды по теории турбулентности, фильтрации, прикладной газовой динамике, ядерной энергетике. Предложил новый способ эксплуатации нефтяных пластов. Государственная премия СССР (1951, 1954). Ленинская премия (1961), М.Д. Миллионщиков был членом Главной редакции БСЭ (с 1967), его именем в Москве названа улица (улица Академика Миллионщикова).
