Науково-дослідна робота базується на науковій школі професора Ангелейко В.І. з теорії та методів розрахунків безстикової колії і взаємодії колії та рухомого складу, в тому числі в особливих умовах експлуатації промислових залізниць.

У 1954 р. було закінчено і захищено як докторську дисертацію велику теоретичну працю «Вплив поперечних горизонтальних сил на напруження в рейках». Новизна цієї роботи полягала в створенні теорії розрахунку крутіння нерозрізних балок. Працю було опубліковано в наукових збірниках ХІІТ, Військово-транспортної академії в Ленінграді та у Віснику ЦНДІ МШС.

Проф. В. І. Ангелейко заснував при кафедрі науково-дослідну групу, яка займалася актуальними проблемами колійного господарства і в цілому залізничного транспорту. Так, ще у 1970-х рр. членами науково-дослідної групи виконувались роботи, пов’язані з впровадженням швидкісного руху поїздів в Україні. Ця робота продовжується і сьогодні.

В. І. Ангелейко проявив себе не тільки вмілим організатором, талановитим викладачем, але й видатним вченим. Йому належить сім підручників, понад 300 наукових праць, статей, монографій. Він є автором декількох статей Української Радянської енциклопедії. Під його керівництвом підготовлено та захищено 31 кандидатську дисертацію. Професора нагороджено багатьма орденами і медалями. У 1945 р. йому було присвоєно звання почесного залізничника, у 1980 р. — звання «Заслужений діяч науки УРСР». Ім’я проф. В. І. Ангелейка внесено до книги Трудової слави академії, також в його честь названо навчальну аудиторію.

Ангелейко В.І., Дмитрієв В.К., Перцев А.М. Залізнична колія та станції промислових підприємств // К.: Вища шк. Головне вид., 1984. – 96 с.

У навчальному посібнику висвітлено розділи курсу «Залізнична колія і станції промислових підприємств». Описано проектування плану і профілю колії, улаштування земляного полотна, проектування і компонування епюр стрілочних переводів. Докладно розглянуті питання проектування з'єднань колій і порядок складання проекту заводської сортувальної станції.

Ангелейко В.І., Перцев А.М., Семенков Г.Г., Яковлев В.Ф. Утримання та ремонт залізничних колій у чорній металургії // М.: Металургія, 1986. – 232 с.

Наведено важливі довідкові дані і відомості по конструкції, нормам устрою та технології утримання залізничних колій, а також короткі відомості про рухомий склад підприємств чорної металургії. Викладено технологію виробництва колійних робіт на металургійних підприємствах, дано опис машин, механізмів та інструменту для утримання і ремонту залізничних колій.

Ангелейко В.І., Дмитрієв В.К., Перцев А.М., Чуб Л.М. Залізнична колія та станції промислових підприємств // К.: Вища шк. Головне вид., 1988. – 320 с.

У підручнику викладаються відомості про залізничну колію і колійне господарство, залізничних станціях промислового залізничного транспорту, роздільних пунктах загального користування, станціях промислових підприємств, станціях гірничорудної і нерудної промисловості. Дано основи проектування станцій.

Ангелейко В.І., Шульга В.Я., Комаров А.А. та інші // М.: Транспорт, 1988. – 303 с.

Висвітлено організацію будівельних і ремонтних робіт колійного господарства, які виконуються в умовах руху поїздів. Наведені основи нормативної бази колійного господарства, визначення економічної ефективності заходів по підвищенню пропускної здатності ліній, що експлуатуються в період проведення ремонтних робіт, по механізації колійних робіт.

З початку 1960-х рр. і до нині роботу кафедри спрямовано на дослідження напруженого стану безстикової колії. За матеріалами цих досліджень захищено декілька дисертацій та опубліковано низку праць у різних журналах і наукових збірниках, отримано декілька авторських свідоцтв. Матеріали роботи стали основою для уточнення ряду положень для технічних умов з питань укладання та утримання безстикової колії.

У 80-х роках 20 століття кафедра виконувала великі науково-дослідницькі роботи на замовлення підприємств чорної металургії. Результатом цих робіт було створення кількох нормативних документів загальнодержавного значення зокрема «Технічні вказівки щодо повторного використання елементів верхньої будови колії на підприємствах Мінчормету СРСР» і «Технічні вказівки на укладання безстикової колії на коліях підприємств Мінчормету СРСР».

Окремо слід виділити дослідження, які проводились у 1998–2010 рр. в рамках Державної програми розвитку і модернізації залізничного транспорту України, а також Програми розвитку фундаментальних досліджень та їх використання в рамках тематичного плану Міністерства транспорту та зв’язку України в області розробки ефективних та достовірних методів розрахунку динамічного впливу екіпажу на колію, методів розрахунків напружено-деформованого стану залізничної колії в специфічних умовах експлуатації промислових залізниць. Одним з результатів проведеної роботи став захист О. М. Даренським у 2012 р. докторської дисертації на тему «Наукові основи підвищення ресурсів роботи промислового транспорту на основі прогнозування стану системи «екіпаж-рейкова колія»», яка посприяла заснуванню на кафедрі нового наукового напрямку – взаємодія залізничної колії та рухомого складу в умовах залізниць незагального користування.

Різноманітність та глибина розробок, що проводяться вченими кафедри протягом усього періоду її існування, сприяли росту наукових кадрів. Безпосередньо на кафедрі та за її сприянням в інших закладах підготовлено понад 54 кандидати наук. Починаючи з 2013 р. під керівництвом О. М. Даренського було захищено три кандидатські дисертації.

Фундаментальні та прикладні науково-дослідні роботи виконувалися за кошти державного бюджету та за господарськими договорами замовниками, яких є Укрзалізниця, Київський і Харківський метрополітени, Корпорація «КРТ»:

• 2007-2008 – розробка нормативного документу «Вказівки щодо встановлення гарантійного терміну експлуатації колії та споруд після виконання робіт з модернізації колії»;
• 2007 – Дослідження напружено-деформованого стану рейкових плітей безстикової колії при сумісній їх роботі зі стрілочними переводами та розробка рекомендацій;
• 2007 – Проведення досліджень та розробка рекомендацій із застосування безстикової колії на ділянках зі змішаною підрейковою основою;
• 2008 – Проведення досліджень щодо оцінки забезпечення стійкості безстикової колії з довгими рейковими плітями та розробка рекомендацій з утримання плітей безстикової колії та проведення на них ремонтних робіт;
• 2010 – Перегляд «Інструктивних вказівок про організацію контролю рейок, ремонту та обслуговування дефектоскопних засобів в колійному господарстві метрополітену»;
• 2010 – Проведення досліджень та визначення термінів експлуатації гумових прокладок в реальних умовах та надання рекомендацій щодо внесення змін до середніх норм витрат матеріалів;
• 2011 – Розробка Технічних вказівок за технологією контактного зварювання рейок з натягом;
• 2011 – Дослідження роботи рейок в умовах КП «Харківській метрополітен» для оцінки можливості підвищення їх експлуатаційного ресурсу;
• 2011 – Проведення досліджень процесів формування надінтенсивного бокового зносу рейок та розробка заходів щодо його зниження;
• 2012 – Розробка вказівок по продовженню терміну служби рейок на коліях КП «Харківський метрополітен»;
• 2014 – Розробка технічних вказівок на використання старопридатних рейок довжиною 12,5 та 25м в коліях КП «Харківський метрополітен»;
• 2016 – Лабораторні дослідження параметрів елементів проміжного рейкового скріплення типу КПП-5.

Співпрацівники кафедри приймали участь у видавництві нормативної літератури для Головного управління колійного господарства Укрзалізниці.

За результатами науково-дослідних робіт з 2004 року на кафедрі успішно захистили кандидатські дисертації: Потапов Д.О., Овчинніков О.О., Вітольберг В.Г., Фаст Д.А., Бугаєць Н.В., Клименко А.В.