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.