Окончив учёбу в 1925 году, Михаил Тихонравов работал на нескольких авиационных предприятиях.

Конструктор ряда планёров:

- АВФ-1 «Арап» (1923 год) (Академия Воздушного Флота-1),

- АВФ-22 «Змей Горыныч» (1925 год, совместно с Владимиром Сергеевичем Вахмистровым),

- «Жар-Птица» (1927 год, совместно с Анатолием Александровичем Дубровиным),

- «Гамаюн»,

- «Скиф» (оба 1928 год),

- «Комсомольская Правда» («Жар-Птица-2», 1929 год),

- «Скиф-2» (1931 год; все - совместно с Владимиром Сергеевичем Вахмистровым и Анатолием Александровичем Дубровиным).

Тихонравов познакомился в секции планеризма при ОСОАВИАХИМе СССР с Сергеем Павловичем Королёвым, их знакомство перешло в тесное сотрудничество.

По предложению Королёва он возглавил работы по созданию баллистических ракет на жидком топливе, закончившиеся первыми успешными запусками.

В 1932 году Тихонравов работал начальником бригады в Группе изучения реактивного движения, в ходе которой разрабатывал первый советский двухступенчатый ракетный двигатель.

В 1933 годуон руководил созданием первой советской ракеты с двигателем на гибридном топливе.

С 1934 года работал начальником отдела Реактивного института.

С 1938 года Михаил Тихонравов занимался исследованием жидкостных ракетных двигателей, разработкой ракет для изучения верхних слоев атмосферы, однако в конце тридцатых годов работы по созданию жидкостных баллистических ракет были свёрнуты и Тихонравов занялся разработкой снарядов для «Катюш».

В 1940-1943 годы возглавлял конструкторскую группу, разрабатывавшую (под общим руководством Андрея Григорьевича Костикова) экспериментальный истребитель-перехватчик «302» с силовой установкой, состоящей из ЖРД и двух ПВРД.

В середине 1940-х годов (1945-1946 годы) Михаил Клавдиевич Тихонравов создал в Реактивном научно-исследовательском институте(РНИИ, позже НИИ-1) группу сотрудников для разработки проекта пилотируемого аппарата, вертикально запускаемого одноступенчатой ракетой (типа Р-1) на высоту до 200 км (проект ВР-190).

Дальнейшие достижения Михаила Клавдиевича Тихонравова в научной и инженерной областях сложно отделить от деятельности руководимой им группы, состав которой время от времени менялся, но продолжал оставаться единым взаимодополняющим друг друга сообществом высококлассных специалистов.

Проект ВР-190 осуществлён не был.

В отделе Петра Ивановича Иванова Михаил Клавдиевич, хорошо зная труды Константина Эдуардовича Циолковского, помимо других работ, предложил исследования составных ракет.

В отделе стали разрабатываться приемлемые способы расчёта траекторий полёта составных ракет пакетной схемы, отыскания оптимальных конструктивно-баллистических параметров ракет, и проводиться исследовательские расчёты.

Разработка таких методов была необходима, поскольку в то время расчёты приходилось вести на ручных механических машинках (арифмометрах).