W 1992 otrzymał stopień doktora nauk przyrodniczych (odpowiednik habilitacji) na podstawie pracy poświęconej metodologii analiz taksonomicznych i ekofaunistycznych na przykładzie pszczół.
Był autorem 139 publikacji, w tym 9 monografii. Ponad 70 jego publikacji naukowych poświęconych było pszczołom, zwłaszcza rodzinie smuklikowatych. Dotyczą one ich ekologii, fenologii, etologii, taksonomii i filogenezy. Część prac poświęcił zastosowaniom metod obliczeniowych w biogeografii, faunistyce i ekologii. Zajmował się również problematyką metodologii stosowanej w badaniach taksonomicznych i filogenetycznych. Napisał monografię miesierki lucernówki, a wspólnie z Władimirem Radczenką dokonał monograficznego opracowania biologii pszczół. Jest autorem tomu „Fauny ZSRR”, poświęconego plemieniu Nomoidini oraz współautorem klucza do oznaczania polskich smuklikowatych. Dokonał rewizji systematycznych rodzajów Cellariella, Ceylalictus, Dufourea s. str., Evylaeus, Lasioglossum s. str., Nomioides i Pachyhalictus.
Opisał 115 nowych dla nauki taksonów, w tym 45 podrodzajów i 63 gatunki. Na jego cześć nazwano gatunki Andrena pesenkoi Osytshnjuk, 1984, Nomada pesenkoi Schwarz, 1987 i Phradis pesenkoi Khalaim, 2007.