После окончания университета в 1936г. поступил в аспирантуру УФТИ, которую прошел под руководством проф. Ф.Ланге. В 1940г. защитил диссертацию на ученую степень кандидата физико -математических наук на тему "Импульсный генератор на 5МВ и разрядная трубка на 4МВ" и был зачислен на должность старшего научного сотрудника Лаборатории ударных напряжений (ЛУН) АН СССР, имевшей тогда статус самостоятельного института, впоследствии вошедшего в состав УФТИ АН УССР. Созданный совместно с Ф.Ланге и Г.Кон-Петерсом импульсный ускоритель позволил получить пучок электронов высокой энергии и мощный источник фотонейтронов из бериллия с интенсивностью в импульсе соответствующей 1г радий -бериллиевого источника нейтронов (Г.Кон-Петерс, Ф.Ланге, В.С.Шпинель, 1938г.). На этом ускорителе были начаты исследования искусственной радиоактивности, поиск короткоживущих изомерных состояний ядер, возбуждение ядер g-квантами и электронами. Отрабатывались радиохимические методы выделения радиоактивных изотопов.

После открытия явления деления ядер урана возник вопрос о возможности практического использования ядерной энергии путем осуществления цепной ядерной реакции. Несмотря на исключительно большие трудности и скептическое отношение наших ведущих ученых, В.С.Шпинель совместно с В.А.Масловым предложили, как осуществить цепную реакцию взрывного характера, и совместно с Ф.Ланге предложили необходимый для этого метод разделения изотопов урана в требуемых больших количествах В годы Отечественной войны В.С.Шпинель был эвакуирован с УФТИ в г.Алма-Ату. Там он выполнил ряд практических работ для цветной металлургии Казахстана и читал лекции по физике ядра в Алмаатинском государственном университете. В 1944г. В.С.Шпинель перешел в Институт теоретической геофизики АН СССР на должность старшего научного сотрудника. По приглашению Д.В.Скобельцына работал на кафедре атомного ядра физического факультета МГУ вначале по совместительству, а с 1945г. на полной ставке в должности доцента. С организацией в 1946г. 2-го Научно-исследовательского физического института при физическом факультете МГУ В.С.Шпинель был переведен на должность старшего научного сотрудника этого института. С 1946 по 1950г.г работал по совместительству в лаборатории N4 Первого Главного управления (впоследствии Министерство среднего машиностроения), где участвовал в работе по разделению изотопов урана на центрифуге.

Вместе с Л.В.Грошевым В.С.Шпинелем в НИИЯФ была создана Лаборатория ядерной спектроскопии, начальником которой вначале был Л.В.Грошев, а затем, с 1956г. - В.С.Шпинель. В этой должности он работал до 1986г., затем перешел на должность главного научного сотрудника, в которой и работает в настоящее время.

В.С.Шпинель читал лекции на физическом факультете МГУ, в Московском институте цветных металлов и золота, в МИФИ, в Воронежском государственном университете, в Пекинском (1956-1957г.г.) и Софийском (1963-1964г.г.) университетах. В Пекинском университете организовал лабораторию ядерной спектроскопии и на кафедре атомного ядра Софийского университета поставил исследования в области гамма- резонансной спектроскопии. По инициативе В.С.Шпинеля и при его непосредственном участии было инициировано многолетнее плодотворное сотрудничество с Объединенным институтом ядерных исследований (г.Дубна) и с кафедрами атомного ядра и физики низких температур Карлова университета (г.Прага, Чехословакия).

В.С.Шпинель защитил докторскую диссертацию на тему "Исследования в области b- и g-спектроскопии"в 1959г., звание профессора получил в 1961г., звание "Заслуженный деятель науки РФ" присвоено в 1992г., лауреат Ломоносовской премии МГУ (1963г.) и премии Президиума АН СССР (1952г.), награжден медалью "За трудовую доблесть".

В 1985г. по инициативе проф.В.С.Шпинеля было созвано Всесоюзное Совещание по сверхтонким взаимодействиям, председателем оргкомитета которого он был в течение ряда лет. Это Совещание получило затем статус международного и созывается каждые два года.

Под руководством проф.В.С.Шпинеля окончили аспирантуру и прошли стажировку большое число аспирантов и стажеров МГУ и других вузов нашей страны и из-за рубежа. Многие из них заняли затем руководящие посты в науке. Среди них можно перечислить следующих: Фам Зуй Хиен (Вьетнам) - директор института физики; Гириш Чандра (Индия), В.Котхекар (Индия), Цветан Бончев Василев (Болгария) - зав.кафедрой, декан физического факультета Софийского университета, Дж.Ф.Альбанезе (Италия) - директор Института ядерной физики в г.Пиза, А.К.Жетбаев (Казахстан) - директор Института ядерной физики Казахской АН, Д.Берени - академик Венгерской АН, И.Ф.Щеголев - действительный член Российской АН, Кестхели - академик Венгерской АН и др.

В.С.Шпинель является инициатором исследований гамма-резонансной спектроскопии в нашей стране. Практически все ныне работающие в этой области физики прошли стажировку в лаборатории ядерной спектроскопии НИИЯФ.