Наукова проблематика кафедри кореляційної оптики складається з таких напрямків:

1. Розробка методів корелометрії оптичних полів

• Встановлення взаємозв’язків між статистичними i стохастичними параметрами випадкових об’єктів та розсіяних ними когерентних оптичних полів.
• Розробка методів і засобів кореляційно-оптичної діагностики випадкових та фрактальних фазово-неоднорідних об'єктів, шорстких поверхонь і дисперсних середовищ.

2. Сингулярна оптика

• Дослідження сингулярних структур та їх систем, пов’язаних з різними параметрами електромагнітного поля.
• Вивчення сингулярних сіток як скелетону електромагнітного поля, що визначає його структуру та поведінку поля в кожній точці.
• Дослідження сингулярних структур у частково когерентних і поліхроматичних оптичних полях. Дослідження сценаріїв розвитку та розробка методів діагностики нулів амплітуди в монохроматичних і поліхрохроматичних полях.
• Розробка нових підходів до відновлення фази скалярного поля за розподілом його інтенсивності на основі аналізу систем особливих точок.
• Розробка нових засобів мікро- і нанотехнологій, оптичних пінцетів, побудованих на принципах сингулярної оптики.

3. Голографічні методи в оптиці та обробці інформації

• Дослідження фазоспряжуючих і асоціативних властивостей нелінійно зареєстрованих голограм.
• Дослідження структури крайової дифракційної хвилі (згідно з моделлю дифракції Юнга-Рубіновича) і розробка її застосувань у задачах голографії і сингулярної оптики.
• Застосування принципів безопорної голографії в зв'язку та оптичній обробці інформації.

4. Лазерна поляриметрія та спектрофотометрія біотканин

• Дослідження статистичних, кореляційних, фрактальних характеристик поляризаційно-неоднорідних розсіяних полів та зображень біотканин.
• Пошук діагностичного взаємозв'язку між набором оптичних параметрів зображень біотканин та параметрами, що характеризують перетворення оптико-геометричної структури, архітектоніку зображень.
• Розробка нових засобів оптичної доклінічної діагностики патологічних змін у біотканинах людини.

Провідні науковці кафедри:
Ангельський Олег В'ячеславович, завідувач кафедри кореляційної оптики, профессор;
Максимяк Петро Петрович, профессор;
Мохунь Ігор Іванович, профессор;
Полянський Петро В'ячеславович, профессор;

Гранти, отримані співробітниками:
2 гранти Американського фізичного товариства (APS) у 1993 році на проведення наукових досліджень;
14 індивідуальних грантів Сороса отримано співробітниками факультету в 1994 році;
Колективний грант Сороса для проведення наукових досліджень  1994–1996 рр.;
Колективний грант Українського науково-технологічного центру в 1997–1999 рр.;
Контракт із фірмою «3М» (США) на виконання науково-технічних робіт  1997–1999 рр.;
16 індивідуальних грантів Міжнародного товариства інженерів-оптиків (SPIE) для молодих дослідників (2000¬–2010 рр.);
6 грантів Американського оптичного товариства (OSA) для підтримки діяльності студентського відділення OSA (2006–2010 рр.);
12 грантів SPIE для підтримки діяльності студентського відділення SPIE та проведення конференцій (2000–2011 рр.);
Гранти Європейського фізичного товариства (EРS), Американського оптичного товариства (OSA), Міжнародної комісії з оптики (ICO), Міжнародного товариства інженерів-оптиків (SPIE), Європейського оптичного товариства (EOS) на проведення раз на два роки Міжнародної наукової конференції «Кореляційна оптика»;
4 гранти Фонду Фундаментальних досліджень України в 2000–2010 рр.;

Гранти по забезпеченню наукової співпраці в рамках міжурядових угод:

• Україна-Румунія, 2007–2008 рр.,
• Україна-Росія, 2009–2010 рр.,
• Україна-Франція, 2009–2010 рр.,
• Україна-Словенія, 2011–2012 рр.,
• Україна-Росія, 2011–2012 рр.;

Гранти OSA і SPIE для забезпечення участі молодих співробітників і студентів факультету в роботі наукових конференцій, що проходили в США (2003–2010 рр.);
Гранти OSA і SPIE для підтримки провідних запрошених лекторів-професорів, що читали лекції для наших студентів 2009 і 2011 рр.;
Грант Президента України для підтримки наукових досліджень, що проводяться молодими вченими (2008, Ушенко Ю.О.);
Стипендія Кабінету Міністрів України для кращих аспірантів (2009, Чернишов О.)
Найбільш важливі публікації кафедри за період з 2002 по 2010 р.