Науковцями кафедри здійснюються дослідження за напрямами:

1. Термодинаміка і статистична механіка нерівноважних процесів  (керівник – д. ф.-м. н., проф. Гудима Ю.В.)

• Дослідження процесів формування нерівноважних станів і структур.
• Вивчення впливу зовнішніх впливів на процеси формування нерівноважних станів і структур.
• Розробка нових методів і підходів до вивчення динамічних і стохастичних нерівноважних систем.
• Встановлення впливу просторового розподілу, локального та глобального зв’язування на перебіг процесів, далеких від рівноважних.

2. Спектри шаруватих і плоских квазідвовимірних напівпровідникових структур (керівник – д. ф.-м. н., проф. Крамар В.М.)

• Розрахунок енергетичних спектрів шаруватих напівпровідникових кристалів і плоских квазідвовимірних наногетероструктур.
• Дослідження особливостей електрон-фононної взаємодії у шаруватих і плоских квазідвовимірних напівпровідникових наногетероструктурах. Розрахунок оптичних характеристик шаруватих напівпровідників і плоских квазідвовимірних наногетероструктур.
• Дослідження впливу процесів нелінійної взаємодії електронної системи з електромагнітими хвилями на оптичні спектри напівпровідникових шаруватих і плоских квазідвовимірних структур.

3. Моделювання біомеханічних систем (керівник – д. т. н., проф. Шайко-Шайковський О.Г.)

• Математичне моделювання напруженого та деформованого станів біотехнічних систем „кістка–фіксуючі елементи”, експериментальне дослідження стабільності накісткового одноплощинного та багато- площинного інтрамедулярного остеосинтезу різних видів переломів (поперечних, косих, осколкових, гвинтових) різних рівнів локалізації (діафізарні, проксимальні, дистальні) довгих кісток.
• Біомеханічна оцінка міцності та жорсткості біотехнічних систем „кістка–металеві та металополімерні фіксатори” при статичному, динамічному й детензіонному остеосинтезах.

Кафедрою здійснюється підготовка аспірантів і докторантів за спеціальністю 104 “Фізика та асторономія” (проф. Гудима Ю.В., проф. Крамар В.М,).

Випускники кафедри також мають змогу здобувати вищу освіту третього (освітньо-наукового) рівня навчаючись в аспірантурі за спеціальністю 015 “Професійна освіта” (ОНП “Теорія і методика професійної освіти”) ліцензованою спільно з факультетом педагогіки, психології та соціальної роботи. 

 Наукова і освітня діяльність кафедри здійснюється у партнерстві з:

• Центром прикладних досліджень у фізиці та передових технологіях (CARPATH) Яського університету Александра Іоана Кузи (Румунія);
• Сучавським університетом Штефана чел Маре (Румунія);
• Токійським університетом (Японія);
• Університетом Версалю (Франція);
• кафедрою теоретичної фізики університету Павла Йозефа Шафарика (Кошице, Словакія);
• Інститутом фізики Мар’яна Смолуховського Ягелонського університету (Краків, Польща);
• Факультетом основ техніки Технічного університету “Люблінська політехніка” (Польща);
• кафедрою теорії і методики технологічної освіти, креслення та комп’ютерної графіки Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова;
• кафедрою професійної освіти та технологій сільськогосподарського виробництва Глухівського національного педагогічного університету ім. Олександра Довженка;
• кафедрою професійної та технологічної освіти і декоративного мистецтва Хмельницького національного університету.