Став аспирантом академика А.Е. Фаворского и будущего член-корреспондента АН СССР М.Ф. Шостаковского, М.Г. Воронков выполнял исследования в области химии алкилвиниловых эфиров, а с 1970 г. продолжил их в ИрИОХ СО АН СССР.
C 1944 по 1948 гг. в Ленинградском университете М.Г. Воронков изучал реакции серы с органическими соединениями. Исследование реакции серы с фенилалкенами и -алкадиенами стало предметом его кандидатской диссертации (1947 г.). Эти исследования, продолженные им в 1962-1970 гг. в Институте органического синтеза АН Латв. ССР, привели к открытию ранее неизвестных классов органических соединений серы и многих новых реакций, одной из которых (взаимодействие серы с арилхлоралканами и -алкенами) присвоено его имя — реакция Воронкова.
С 1948 г. основные научные интересы М.Г. Воронкова сосредоточились на химии органических соединений кремния. Впервые в мире он начал систематическое изучение гетеролитических реакций расщепления группировки Si—O—Si. Эти данные стали предметом его докторской диссертации (1961 г.). Начав пионерские исследования биологически активных соединений кремния, приведшие к открытию веществ с уникальным действием на живые организмы, он создал новую область химии кремния — биокремнеорганическую химию. Ей посвящен ряд монографий.
Особо широкую известность приобрели фундаментальные исследования М.Г. Воронкова в области химии, физико-химии, биологии и фармакологии силатранов, а также других соединений гипервалентного кремния (драконоиды, производные азолов, амидов, гидразидов карбоновых кислот и др.). Силатраны оказались новым классом физиологически активных веществ.
Впервые в СССР М.Г. Воронков начал изучение кремнеорганических соединений со связью Si—H, серосодержащих органических соединений кремния; кремнеэлементоорганических соединений, включающих гетероатомы B, Al, Sn, Sb, P, As, Ti, V, Mo и др.
В последние годы М.Г. Воронков изучал жидкофазные кремнеорганические реакции, протекающие в мягких условиях с промежуточным образованием силанонов. В результате этих исследований он развил новую теорию процессов формирования и деструкции силоксановых структур, интермедиатами которых являются силаноны. Он также открыл и активно изучает кремнеорганические супероснования.
Под руководством М.Г. Воронкова выполнен ряд оригинальных фундаментальных исследований в области карбофункциональных, непредельных макроциклических, высокомолекулярных и биологически активных кремнеорганических соединений, новых труднодоступных классов органических соединений серы (-галоген-тиокетоны, -галоген-гемдитиолы, производные дитиирана, конденсированные гетероциклические системы, 1,2-дитиолен-3-тионы и др.), производных арилгетероуксусных кислот, оказавшихся эффективными биостимуляторами и адаптогенами, органических производных германия, олова, фосфора и фтора.
Серия его исследований посвящена высокотемпературному синтезу и термическим превращениям органических соединений серы, протекающих с участием тиильных радикалов.
Открытая им реакция расщепления группировок С—О—С; C—O—Si и Si—O—Si триметилиодсиланом, в настоящее время широко используется в органическом и кремнеорганическом синтезе.