Əsas tədqiqatları məhlullar və radiokimyaya həsr edilmişdir. Radiokimya sahəsində K. Fayans 1913-cü ildə Frederik Soddi ilə birlikdə radioaktiv elementlərin parçalanması zamanı yerdəyişmə qanununu (başqa sözlə desək, yerdəyişmə qaydası) quraraq 243mPa (UX2) və 215Po (AcA) radioaktiv izotoplarını kəşf etdi. 214Bi (RaC) ikiqat parçalanması; Fridrix Panet ilə birlikdə o, 1913-cü ildə məhlullardan radioaktiv elementlərin birgə çökdürülməsi qaydasını (Panet-Fayans qaydası) tərtib etmişdir.

K. Fayansın fiziki kimya sahəsindəki əsərləri refraktometrik tədqiqatlara, elektron təbəqəsinin deformasiyası ilə qeyri-üzvi birləşmələrin kimyəvi və optik xassələri arasında əlaqənin öyrənilməsinə, duza bənzər birləşmələrdə ionların və boyaların adsorbsiyasına həsr edilmişdir. İon hidratasiyası nəzəriyyəsini inkişaf etdirərək (1920–1930-cu illər) elektrolit məhlullarında həllolma, ionlaşma və kompleks əmələ gəlmə hadisələrinin qarşılıqlı asılılığı haqqında tədqiqatlar aparmışdı və nəticələr əldə etmişdidi. O göstərdi ki, elektrolitik dissosiasiya üçün enerji mənbəyi ayrı-ayrı ionların hidratasiya istiliyidir və elektrolitin həllolma qabiliyyəti nə qədər çox olarsa, onun iki ionunun hidratasiya istiliklərindəki fərqi bir o qədər çox olar. O, refraktometrik tədqiqatlar vasitəsilə (1927–1931) güclü elektrolitlərin məhlullarında dissosiasiya olunmamış molekulların və kompleks ionların sayını və hərəkətini müəyyən etmişdir.

K. Fayans bir çox elmi cəmiyyətlərin üzvü idi. 12.06.1924-cü ildən Fizika-Riyaziyyat Elmləri Bölməsi (fizika elmləri (kimya) kateqoriyasında) SSRİ Elmlər Akademiyasının xarici müxbir üzvü idi. Kazimir Fayans 18 may 1975-ci ildə Miçiqan ştatında Ann Arbor şəhərində vəfat etmişdir.