Наукова робота на кафедрі здійснювалася у таких напрямках:

• теорія функцій комплексної змінної (професор В.С. Азарін, доценти С.Д. Бронза, О.І. Удодова, ст. викладач А.В. Рахнін, асистенти Л.В. Калужинова, Є.Ю. Колбасіна);
• J - теорія (професори Ю.М. Дюкарев, І.В. Ковалішина);
• геометрія банахових просторів (професор В.П. Фонф);
• диференціальна геометрія (старший викладач О.О. Гончарова);
• диференціальні рівняння (професори В.Д. Гордевський, Ю.В. Куліш, В.І. Храбустовський, доценти І.О. Андерс, Р.М. Давидов, В.О. Козел, старші викладачі О.В. Рибачук, О.І. Семяшкіна);
• крайові задачі математичної фізики та механіки (фесори Г.А. Багмут, М.М. Зацеркляний, В.А. Таратушка, асистент В.П. Грицай);економіко-математичніпрофесор О.О. Стрельнікова, доценти Г.П. Бородай, О.О. Думіна, А.О. Дрогаченко, В.В. Науменко, Г.К. Оксюк, М.К. Радякін, М.Є. Резуненко, Ю.С. Шувалова, старший викладач А.П. Рибалко);
• математичні моделі ДВЗ (про методи і моделі (доцент Ю.О. Акімова ), математичне моделювання штучних нейронних мереж (доцент Г.Ю. Глушакова) та побудова багатофакторної регресійної моделі (доцент Н.Г. Панченко);
• дифузійні явища в конденсованих середовищах (доцент О.А. Осмаєв);
• спектральна теорія випадкових матриць (доцент В.Ю. Васильчук);
• науково-дослідна робота з проблем вищої освіти під керівництвом проф. Ю.В. Куліша, в якій брали участь усі викладачі кафедри.

Було захищено чотири докторські дисертації (М.М. Зацеркляний, І.В. Ковалішина, Н.Г. Панченко, В.П. Фонф) і дванадцять кандидатських дисертацій (Г.Ю. Глушакова, О.О. Думіна, О.І. Зубкова, Л.В. Калужинова, Є.Ю. Колбасіна, Н.Г. Панченко, А.В. Рахнін, М.Є. Резуненко, А.П. Рибалко, В.А. Таратушка, О.І. Удодова, Ю.С. Шувалова). Ще одна кандидатська дисертація підготовлена до захисту (О.В. Рибачук).

Кафедра підтримує міцні зв’язки з провідними науковими установами та ВНЗ, зокрема з ІПМаш НАНУ, ННЦ ХФТІ НАНУ, ФТІНТ НАНУ, а також з ХНУ, ХНТУ «ХПІ», ХНАДУ.

Викладачі кафедри керують науковою роботою студентів. Щорічно готується понад 130 доповідей. Найкраще підготовлені студенти займаються в математичних гуртках під керівництвом доцентів Ю.О. Акімової, О.А. Осмаєва, Н.Г. Панченко та М.Є. Резуненко. Найбільш здібні неодноразово завойовували призові місця на математичних олімпіадах серед вітчизняних ВНЗ та успішно виступали в складі збірної України. Це студенти факультету АТЗ І. Мустафаєв (керівник доцент Р.О. Єфременко), О. Ставич (керівник доцент В.О. Козел), К. Хатунцев (керівник професор В.І. Храбустовський). У 2002 р. студента факультету АТЗ А. Пелепейченко (керівник професор В.І. Храбустовський) було нагороджено дипломом III ступеня. У 2009 р. студент М. Максумов (керівник доцент О.І. Удодова) посів друге місце серед транспортних вузів на Всеукраїнській студентській математичній олімпіаді. У 2007, 2009, 2010 рр. команда УкрДАЗТ (керівник доцент О.І. Удодова) за високий рівень підготовки була нагороджена грамотою Оргкомітету Всеукраїнської олімпіади з математики. В 2011 р. cтудент Є. Коростельов (керівник доц. С.Д. Бронза) став переможцем Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт з математичних наук. В 2019 р. студентка Ю. Свиридова (керівник доц. С.Д. Бронза) стала переможцем ІІ туру Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт з галузі знань "Математика та статистика. Прикладна математика (механіка)".

На фото переможець Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт з математичних наук у 2010-2011н.р. студент Коростельов Є. виступає з доповіддю на науково-методичному семінарі кафедри вищої математики.