С первых шагов молодой физик-экспериментатор проявил незаурядные способности: разработал установку, на которой был проведен ряд весьма актуальных исследований, за что уже в 1953 г. ему была присуждена Сталинская премия. В дальнейшем он занимался вопросами создания высокоинтенсивных нейтронных генераторов, нейтронной физикой, физикой деления ядер. Результаты этих работ были использованы при разработке новых образцов ядерного оружия.
Свою трудовую деятельность А. И. Павловский начал старшим лаборантом, через некоторое время он возглавил лабораторию, а в 1960 г. уже руководил крупным исследовательским отделом. В 1971 г. возглавил сектор (отделение) фундаментальных и прикладных исследований, затем стал заместителем научного руководителя, в 1993 г. - первым заместителем научного руководителя, одновременно оставаясь начальником отделения.
В конце 50-х годов под руководством А. И. Павловского был разработан оригинальный малогабаритный импульсный циклический ускоритель электронов - безжелезный бетатрон, в котором были достигнуты энергия электронов и токи, значительно превосходящие токи электронов, характерные для бетатронов. Это определило широкую область их применения в исследованиях. Созданный метод получил название “метод гаммаграфических исследований”. Его применение имело большое значение для разработки ядерного оружия. Эта работа была отмечена в 1963 г. Ленинской премией и составила основу докторской диссертации, которую А. И. Павловский защитил в этом же году.
Александр Иванович был одним из авторов, инициатором и руководителем создания нового типа линейных импульсных индукционных ускорителей электронов. Приоритет российской науки в развитии ускорителей такого типа обеспечен работами А. И. Павловского и его ближайших учеников и является общепризнанным.
Большое внимание он уделял развитию экспериментальной базы отделения: созданию мощных импульсных ядерных реакторов и крупных физических установок, обеспечивающих изучение взаимодействия нейтронов, гамма-квантов, заряженных частиц с веществом, а также подземным испытаниям ядерного оружия. Он неоднократно участвовал в испытаниях и был одним из инициаторов широкого использования ядерных взрывов в интересах фундаментальных исследований. Это направление работ было отмечено в 1983 г. присуждением ему Государственной премии СССР.
Крупным направлением его деятельности было развитие и практическая реализация предложенной А. Д. Сахаровым идеи магнитной кумуляции - сжатие магнитного потока направленным взрывом. Международной известностью пользуются созданные под его руководством и при его непосредственном участии магнитокумулятивные генераторы импульсных полей и проведенные в этих полях физические исследования свойств различных веществ. Рассматривалась возможность использования ядерного взрыва для генерирования полей в сотни мегагаусс. За работы в области ядерной физики, используемые в интересах создания ядерного и термоядерного оружия, А. И. Павловскому в 1966 г. было присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали “Серп и Молот”.
Его заслугой является разработка целого ряда компактных, основанных на принципе магнитной кумуляции мощных генераторов электрической энергии, а также сопряженных с ними сильноточных устройств (например, один из типов сильноточного размыкателя известен в литературе под названием “размыкателя Павловского”). Уровень этих работ высоко оценивается у нас в стране и за рубежом.
А. И. Павловский занимался работами по созданию установок для проведения физических исследований, требующих высокой энергетики. Это импульсные лазеры. Были созданы образцы твердотельных и фотодиссоциационных лазеров, мощных электроразрядных С02-лазеров. Во многих десятках изобретений и статей нашли отражение оригинальные технические решения, принадлежащие Александру Ивановичу. В 1988 г. ему было присвоено звание “Заслуженный деятель науки и техники РФ”.
Он был научным руководителем большого коллектива физиков-экспериментаторов, среди его учеников есть доктора и кандидаты наук. А. И. Павловский участвовал в работе многих международных конференций, долгое время был членом международного оргкомитета регулярно проводимых конференций по сильным магнитным полям и родственным экспериментам. В 1992 г. Александр Иванович избирается академиком РАН, в 1999 г. за высокие результаты, полученные на генераторах СВЧ-излучения, ему в третий раз было присвоено звание лауреата Государственной премии (посмертно).