Под руководством Курчатова и Королева Филимоненко вел интенсивные научные исследование и проектирование по холодному ядерному синтезу. Он возглавлял подразделение занимавшееся разработкой систем жизнеобеспечения для полетов на Марс. В рамках этой программы ученый разработал установки холодного ядерного синтеза, которые должны были служить двигателем для межпланетных кораблей и неисчерпаемым источником экологически чистой энергии для обитаемых станций на поверхности Красной планеты. Свои исследования он обобщил в книге «Проблемы холодного ядерного синтеза» М.1957 г. Филимоненко был создан реактор, который производил энергию в виде пара высокого давления, давал на выходе водород и кислород и подавлял радиацию. Оказалось, скоростью ядерного распада можно управлять и даже превращать радиоактивные вещества в нейтральные. В считанные часы удавалось обезвредить самые долгоживущие изотопы. Именно это открытие убедило руководство страны принять в 1960-м году закрытое Постановление ЦК КПСС и Правительства СССР № 715296 от 23 июля 1960 года о создании принципиально новых источников энергии и методов подавления радиации.
Первым выдающимся результатом данной программы явилось создание энергоустановок «Топаз-1» и «Топаз-2», которые были использованы на спутниках «Космос-1818» и «Космос-1819». Следующим этапом программы стала разработка и создание экологически чистой термоэмиссионной гидролизной энергетической установки (ТЭГЭУ). Срок эксплуатации составлял 40 лет без заправки топливом (тяжелой водой). Была создана и установка по подавлению радиоактивности, которую можно было разместить на наземных, водных и воздушных транспортных средствах. В 1962 году И.С. Филимоненко на открытый им процесс и установку получил авторское свидетельство № 717239/38 от 27 июля 1962 г., в котором описывал «теплый термоядерный синтез при температуре 1 000 °C путем электролиза тяжелой воды».
Иван Степанович наотрез отказался заменить своими установками атомные реакторы в подземных городах-убежищах для советской высшей партноменклатуры. Карибский кризис показал, что США и СССР готовы развязать термоядерную войну. Единственное, что их сдерживало, — это отсутствие в бункерах для сильных мира сего экологически чистых источников энергии. За несколько месяцев атомный реактор мог отравить подземный город радиоактивными радоном и криптоном.
Результатом этого отказа для Филимоненко стали многочисленные партийные выговоры, лишение всех должностей и званий, наконец, увольнение с работы с волчьим билетом, а его изобретения были преданы забвению.
Физико-химик С. Понс еще, будучи гражданином Украины, был экспертом по новейшим советским термоэмиссионным ядерным установкам и по долгу службы, естественно, знал о работах Филимоненко. После произведенного им и Флешманом шума в мировой прессе по поводу холодного ядерного синтеза Филимоненко был приглашен на работу на опытный завод НПО «Луч». С 1989 по 1991 годы под его руководством были изготовлены три опытные образца энергетических установок и заново были разработаны чертежи установок для подавления радиации. Несколько таких установок было заложено в Челябинской области, но их не профинансировали и до ума не довели. А практически готовую передвижную установку для зачистки чернобыльской аварии даже не пытались использовать. Филимоненко опять уволили. Своими энергетическими установками он мешал посадить страну на нефтегазовую иглу.
На Запад вывезли полный комплект документации на установки Филимоненко. В 1991–1993 гг. эксперты из США изучали работу первого варианта действующей установки И.С. Филимоненко. В 1994 году по указанию Ельцина одна установка была вывезена в США, но все «эксперты и спецы», изучавшие работу установки, так и не сумели в ней разобраться и запустить. В 1996 году «ходоки» от Сороса предлагали Филимоненко чек на 100 тыс. долларов за консультации по запуску установки, но он в Америку не поехал, отказался «жить красиво». Он предпочел жить в бедности, зато на Родине.
Конечно, соответствующую документацию можно купить или украсть, но этот успех часто оборачивается разочарованием. Выясняется, что применение технологий разработанных на более высоком уровне технологической пирамиды, требует качественно более высокого уровня развития страны, лучшего образования. Кроме того, технологии и разработки, очень привязаны к их создателям.