Ilmar Müürsepa teadlastee pikim osa kulges Eesti Loomakasvatuse ja Veterinaaria Instituudis (ELVI), kus ta oli sigimispatoloogia labori juhataja (1969-1979) ja edasi sigimisbioloogia osakonna juhataja (1979-1994). ELVI reorganiseerimise järel, aastatel 1994-1997, oli Ilmar Müürsepp Eesti Põllumajandusülikooli sigimisbioloogia korraline professor ja juhtivteadur ning 1996. aasta lõpuni ka sigimisbioloogia osakonna juhataja. Alates 1997. aastast on juubilar EMÜ emeriitprofessor.