Макаров пришел в военно-морской флот в эпоху значительных технологических изменений, когда парусные суда уступали место бронированным кораблям с паровыми двигателями и мощной артиллерией. Он быстро осознал необходимость глубоких знаний в области науки и техники для успешной службы на современном флоте. Поэтому он не только добросовестно выполнял обязанности офицера, но и активно занимался самообразованием, изучая математику, физику, механику и другие науки. Его инженерные знания и аналитический ум позволили ему быстро осваивать новые технологии и выявлять недостатки в существовавших конструкциях кораблей и вооружения.
Один из ранних примеров новаторства Макарова – это его работа над системой затопления корабля для уменьшения крена. Во время русско-турецкой войны 1877—1878 годов, командуя миноноской «Константин», Макаров успешно применил эту систему для выравнивания судна, получившего повреждения в бою. Он доказал, что контролируемое затопление отсеков может быть эффективным способом борьбы с креном и увеличения живучести корабля. Этот опыт позволил ему впоследствии разрабатывать более совершенные системы непотопляемости для броненосных кораблей.
Макаров также был одним из первых, кто осознал важность связи на флоте. Он активно участвовал в разработке и внедрении новых средств связи, таких как радиосвязь и семафорная азбука. Он понимал, что быстрая и надежная связь является ключевым фактором для эффективного управления флотом в бою. Его усилия в этой области значительно повысили оперативность и координацию действий русских военно-морских сил.
В области артиллерийского вооружения Макаров был убежденным сторонником совершенствования систем управления огнем. Он разрабатывал новые прицельные приспособления, таблицы стрельбы и методы корректировки огня. Он считал, что точность и эффективность артиллерийского огня зависят не только от качества орудий, но и от умения личного состава точно определять дистанцию до цели, учитывать поправки на ветер и движение корабля. Его работы в этой области способствовали повышению боевой готовности русской артиллерии.
Важным аспектом деятельности Макарова было исследование влияния формы корпуса корабля на его мореходные качества. Он проводил эксперименты с различными моделями кораблей, изучая их остойчивость, скорость и маневренность. Результаты этих исследований использовались при проектировании новых кораблей, позволяя улучшить их характеристики и повысить их эффективность в различных условиях плавания.