Svoju istraživačku karijeru započeo je nakon diplome kod prof. Mirka Mirnika u Laboratoriju za radiokemiju Instituta Ruđer Bošković i nakon dvije godine je magistrirao na Sveučilištu u Zagrebu. Doktorirao je 1978. na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu.

Dosad je objavio u koautorstvu sa suradnicima oko 250 primarnih znanstvenih radova iz kemije i fizike metalnih oksida i oksidnih stakala u časopisima koje citira Current Contents, a koji su polučili više od 3000 neovisnih citata.

U početku svog znanstvenog rada studirao je adsorpcijsko/desorpcijske ravnoteže na različitim adsorbensima te istraživao i karakterizirao različite koloide i kompleksne spojeve obilježene s kratkoživućim radioizotopima za primjenu u nuklearnoj medicini. Na tadašnjem ciklotronu u Institutu Ruđer Bošković proizveo je kratkoživući radioizotop Ru-97 u dovoljnom prinosu (EOB) za primjenu u nuklearnoj medicini te razradio originalne kemijske reakcije za separaciju ovog radioizotopa iz ciklotronske mete i prevođenje u pogodan kemijski oblik u medicini.

Tijekom 1976/1977. boravio je u Institutu za fizikalnu kemiju i radiologiju Sveučilišta Loránd-Eötvös, zahvaljujući stipendiji NR Mađarske. U periodu 1980.-1982. bio je gostujući znanstvenik na Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania, zahvaljujući stipendiji koju mu je dodijelio Office of Naval Research, Washington D.C. i pozivu Prof. Henry Leidheisera. Kao rezultat istraživanja korištenjem Mössbauerove spektroskopije na Lehigh University, objavio je osam znanstvenih radova (Nature, J. Coll. Interface Sci. te po dva rada u J. Electrochem. Soc., Corrosion Sci. i Radiochem. Radioanal. Lett.).

Otvorio je nova područja istraživanja u kemiji metalnih oksida, oksidnih stakala i staklokeramika s posebnim naglaskom na primjeni različitih spektroskopskih tehnika zbog fazne naravi ovih materijala. Zadnjih petnaest godina Svetozar Musić i njegovi suradnici usmjeravaju svoj znanstveni interes na istraživanje utjecaja metode kemijske sinteze na kemijska, mikrostrukturna i fizikalna svojstva čestica metalnih oksida. Opsežno su izučavane sinteze i svojstva nanometarskih čestica Fe2O3, Fe3O4, Mn3O4, ZrO2, HfO2, Al2O3, Ga2O3, ZnO, TiO2, RuO2, IrO2 i Nb2O5 te mehanizmi i kinetike taloženja tih spojeva. Svetozar Musić i suradnici sintetizirali su nanočestice TiO2 i prvi predložili određivanje distribucije veličine nanočestica izvan staklene matrice metodom niskofrekvencijskog Ramanovog raspršenja. U novije vrijeme njegov znanstveni interes obuhvaća i studij strukturnih, mikrostrukturnih i fizikalnih svojstava različitih filmova.

Nedavno je, zajedno s dr. sc. Mirom Ristić i dr. sc. Stjepkom Krehulom, objavio poglavlje "57-Fe Mössbauer spectroscopy in the investigation of the precipitation of iron oxides" u knjizi "Mossbauer Spectroscopy: Application in Chemistry, Biology, Industry and Nanotechnology" (Urednici: V. K. Sharma, G. Klingelhofer, T. Nishida), John Wiley & Sons, 2013, str. 470-504. Bio je predsjedavajući dva međunarodna znanstvena skupa, XXIXth European Congress on Molecular Spectroscopy, Opatija, 31. 08. – 05. 09. 2008. i International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect, Opatija, 1.09. – 6. 09. 2013.

Svetozar Musić drži kolegij na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu zajedno s profesorima Nikolom Kallayem i Tajanom Preočanin "Odabrana poglavlja površinske i koloidne kemije", dok je na Fakultetu kemijskog inženjerstva i tehnologije zajedno s dr sc. Mirom Ristić držao kolegij "Spektroskopske metode u istraživanju materijala". Odgojio je 15 magistara i doktora znanosti.

U Zavodu za kemiju materijala uveo je tehnike za strukturna, elektronsko-mikroskopska i spektroskopska istraživanja metalnih oksida i oksidnih stakala. Između ostalog, postavio je Mössbauerove spektrometre koji su jedini instrumenti te vrste u Hrvatskoj. Pored obimnog znanstvenog rada Svetozar Musić obavljao je niz vrlo značajnih funkcija u Institutu Ruđer Bošković. Bio je prvi voditelj Laboratorija za sintezu novih materijala i direktor znanstveno-istraživačkog programa "Znanost i tehnologija materijala" te je na temelju tog programa osnovao Zavod za kemiju materijala čiji je predstojnik od 1996. do odlaska u mirovinu 2012.

Bio je član Izbornog tijela područja kemije od 1983. do 2011. te kraće vrijeme i pomoćnik ravnatelja Instituta Ruđer Bošković. Bio je koordinator programa "Novi funkcionalni materijali", kao jednog od najvećih znanstveno-istraživačkih programa u Hrvatskoj, a na kojem su učestvovali brojni istraživači Instituta Ruđer Bošković, Fakulteta elektrotehnike i računarstva te Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije. Također, bio je član Vijeća za nuklearnu sigurnost Sabora Republike Hrvatske.

Dobitnik je nagrade Hrvatske akademije znanosti i umjetnosti za cjelokupni znanstveni rad (2006.). Izabran je za člana suradnika u II. razredu za matematiku, fiziku i kemiju Hrvatske akademije znanosti i umjetnosti (2010.) te u počasno zvanje zaslužnog znanstvenika Instituta Ruđer Bošković 2012.