Научная деятельность кафедры зоологии и экологии направлена на исследование фауны и экологии наземных и водных беспозвоночных и позвоночных животных Донбасса. Преподаватели и сотрудники кафедры ежегодно участвуют в научных конференциях зоологической, экологической и педагогической направленности, публикуют результаты своих исследований в научных трудах различного уровня (тезисы докладов, научные статьи, монографии и т.п.).

С начала образования кафедры выполняются важнейшие госбюджетные и хоздоворные темы. Кафедра занимается исследованиями фаунистического и экологического состояния природных и антропогенных экосистем Донбасса, сохранения биоразнообразия и ресурсоохраняющего использования животного мира.

Научно-исследовательская деятельность кафедры осуществляется по следующим направлениям:

— восстановление животных ресурсов, разработка путей охраны и рационального их использования в условиях усиленного антропогенного давления;

— структурно-функциональные особенности зооценоза заповедных экосистем Донбасса.

В основном исследования  проводятся в учебно-научных  лабораториях кафедры зоологии и экологии:

Лаборатория акарологии и арахнологии проводит исследования фауны и экологии пауков, панцирных клещей и других почвообитающих животных природных и антропогенно трансформированных ландшафтов. Изучается возможность биоиндикации состояния окружающей среды по характеристикам населения паукообразных. Разработана методика использования почвообитающих панцирных клещей для биоиндикации состояния почвы и оценки качества окружающей среды. Методика используется для определения степени антропогенной нагрузки на экосистемы (техногенное загрязнение, сельскохозяйственная, рекреационная нагрузка, химическое воздействие и т.д.). Ведется мониторинг численности каракурта Latrodectus tredecimguttatus (P. Rossi, 1790) в регионе. Изучается фауна и структура населения пауков и панцирных клещей на особо охраняемых природных территориях региона.

Лаборатория энтомологии проводит исследования фауны, иономии и экологии жесткокрылых, чешуекрылых, перепончатокрылых, стрекоз, полужесткокрылых насекомых, а также многоножек. В течение многих лет ведутся комплексные мониторинговые исследования герпетобионтной мезофауны целинных и антропогенно трансформированных территорий. Изучаются редкие и исчезающие виды насекомых, проводится выявление и исследование особенностей развития инвазивных видов в условиях вторичного ареала. В рамках биоиндикационных исследований разрабатывается тематика, позволяющая использовать тутового шелкопряда в качестве тест-объекта для определения уровня загрязнения окружающей среды.

Лаборатория медико-ветеринарной энтомологии проводит изучение биологии и распространения в регионе кровососущих насекомых и клещей: мошек-симулид, комаров, иксодовых клещей, а также исследования микроспоридий как агентов биологического метода борьбы с насекомыми-кровососами.

Лаборатория орнитологии занимается изучением фауны и экологии птиц заповедных территорий и урболандшафтов региона, сезонной и многолетней динамики их численности, особенностей биологии отдельных видов птиц Донбасса, а также применением геоинформационных систем в орнитологических исследованиях.

Студенты, специализирующиеся квафедре зоологии и экологии  принимают активное участие в научно-исследовательской работе кафедры, проводят совместно с преподавателями полевые исследования и экспериментальные работы по направлению научной работы кафедры. Под руководством преподавателей кафедры они выполняют курсовые, дипломные и магистерские работы, принимают активное участие в международных, региональных и вузовских конференциях зоологической и экологической тематики. На кафедре ежегодно проходят научные студенческие конференции, на которых студенты докладывают результаты своей научно-исследовательской работы. Самостоятельно или совместно с научными руководителями студенты ежегодно публикуют результаты выполненных научных работ; принимают участие в региональных и международных конкурсах научных работ и становятся их призерами.

Значительное место в научной тематике кафедры занимаютт исследования фауны заповедных территорий региона и экспертное обоснование создания новых охраняемых объектов.