1973—1977 годы — исследование нейронов зрительной коры с помощью микроэлектродного отведения. Фиксация потенциалов действия отдельный нейронов и фокальных потенциалов нейронных колонок под руководством кандидата медицинских наук Артура Эдуардовича Тамбиева в НИИ нейрокибернетики им. А. Б. Когана (Ростов-на-Дону). В результате были впервые описаны закономерности распределения потенциалов в зрительной коре. Результаты опубликованы в «Физиологическом журнале СССР им. И. М. Сеченова» в 1979 году.
1982—1985 годы — исследование влияния радиации на деятельность нейронов спинного мозга. Обнаружены две формы гибели нервных клеток под действием радиации — мгновенная (вызванная разрушением клеточных мембран) и отсроченная (вызванная нарушениями генетического аппарата нейронов). Результаты изложены в «Вестнике Академии Наук УССР» и журнале «Радиобиология».
1985 год — защитил кандидатскую диссертацию на тему «Структурно-функциональные изменения нейронов спинного мозга после локального и общего рентгеновского облучения» в Институте проблем онкологии им. Р. Е. Кавецкого (Киев).
1991—2001 годы — исследование психофизиологических феноменов стресса, вызванного эмоционально значимыми для человека событиями. Разработаны способы диагностики, прогнозирования и оптимизации психологического стресса. Результаты опубликованы в «Российском физиологическом журнале им. И. М. Сеченова», «Психологическом журнале» и «Журнале высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова».
2001 год — докторская диссертация «Вегетативные проявления экзаменационного стресса и способы его коррекции» в Санкт-Петербургском Государственном Университете. Научный руководитель — ведущий специалист по вегетативной нервной системе академик Александр Данилович Ноздрачев.
C 2002 года — исследования психических состояний человека и способов управления ими.
Юрий Щербатых является автором комплексной методики саморегуляции психофизиологического состояния, основанной на комбинации аутотренинга, направленной визуализации и специальных дыхательных техник. Отдельные результаты, показывающие эффективность этой методики для регуляции состояния человека в сложных жизненных ситуациях (спортивные соревнования, экзамены и прочее) опубликованы в журнале «Физиология человека».
Юрий Щербатых — автор более ста тридцати печатных работ, в том числе — десяти книг по прикладной психологии. Две книги были изданы в в Болгарии, три — в Китае.
Научные статьи Ю. В. Щербатых выходили в следующих реферируемых научных изданиях: «Психологический журнал», «Физиология человека», «Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова», «Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова», «Радиационная биология. Радиоэкология», «Социальная и клиническая психиатрия», «Высшее образование в России» и других авторитетных научных периодических изданиях.
Ю. В. Щербатых автор книг — учебных пособий для студентов-психологов: «Психология предпринимательства и бизнеса», «Психология стресса и методы коррекции», «Анатомия ЦНС для психологов» и «Физиология ЦНС для психологов», «Общая психология», «Психология труда и кадрового менеджмента».