Фізика, як наука нерозривно пов’язана з розвитком техніки. Результати фундаментальних досліджень народжують нові технології та технічні рішення, а впровадження цих результатів висуває ряд дослідницьких задач прикладного характеру.

Різноманітність експериментальних та теоретичних задач зумовила широкий спектр напрямків наукових досліджень, що проводяться на кафедрі. В різні роки найбільш пріоритетними серед цих напрямків були такі:

• Фізичні методи діагностики стану двигунів внутрішнього згорання;
• Створення напівпровідникових приладів методами іонної імплантації;
• Вивчення властивостей квазіодномірних кристалів методами електронного парамагнітного резонансу;
• Розробка методів оцінки радіаційного забруднення залізничних колій;
• Модифікація поверхонь твердих тіл. Вакуум-плазмені методи підвищення зносостійкості та триботехнічних властивостей пар тертя;
• Вивчення властивостей сегнетоелектриків;
• Вирощування монокристалів високотемпературних надпровідників;
• Дослідження властивостей надпровідних матеріалів, з метою їх подальшого використання в перспективному обладнанні залізничного транспорту.

Дослідницькі роботи на кафедрі проводяться у тісному зв’язку з провідними науковими установами України такими як, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Український Фізико-технічний інститут, Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна та ін.

Результати досліджень публікуються в найбільш відомих наукових виданнях України, США, Росії та Європи.

Кожного року понад 100 студентів молодших курсів на кафедрі фізики знайомляться з основами науково – дослідної роботи в межах студентської наукової спілки.