Основная научная деятельность А.Д. Исмаилова связана с исследованием морских светящихся бактерий и бактериальной люциферазы. Выполнен цикл исследований по экологии, физиологии, энергетике светящихся бактерий.  Особое внимание уделено психрофильным фотобактериям — симбионтам рыб арктических морей. Отобраны и охарактеризованы по микробиологическим и биохимическим параметрам ярко светящиеся штаммы фотобактерий для использования в качестве специфических фотобисенсоров в биодетекции биологически активных веществ, в т.ч. токсичных агентов, ксенобиотиков различной структуры,  фармакологических препаратов. Исследована бактериальная люцифераза, структурная организация и механизм функционирования электронтранспортных цепей морских фотобактерий. Совместно с кафедрой химической энзимологии химического ф-та МГУ проведены работы по иммобилизации фотобактерий. Научно обоснованы критерии стабилизации свечения бактерий в свободной и иммобилизованной форме.  Разработаны технологии дискретного и непрерывного фото- биомониторинга токсинов. Совместно с кафедрой микологии и альгологии проводятся исследования светящихся грибов. Автор более 100 работ, опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях. Педагогическая деятельность: Исмаилов А. Д. является автором учебных курсов и задач по бактериальной биолюминесценции. Читает спецкурсы для магистров и студентов: «Кинетические основы культивирования микроорганизмов»,  «Светящиеся бактерии», факультативный курс «Морская биолюминесценция». По итогам преподавательской деятельности им издан учебник «Кинетические основы культивирования микроорганизмов».