Основными научными направлениями, по которым студенты выполняют исследования в рамках курсовых и выпускных квалификационных работ, являются:

1. Фитодизайн и ландшафтная архитектура. Проектирование, внутреннее и внешнее озеленение. Цветоводство. Садоводство. Зеленое строительство. Основное внимание направлено на рассмотрение общих вопросов декоративного садоводства, ознакомление с растениями открытого грунта, адаптированными к климату Донбасса. Вместе с тем проводится изучение основных законов и приемов ландшафтной архитектуры, методов создания ландшафтных композиций и их элементов; обобщается методика современного ландшафтного проектирования для создания высокоэффективных, привлекательных, гармонично сочетающихся с природной средой и городской застройкой зеленых насаждений.
2. Экологические исследования. В рамках этого направления реализуется широкий круг актуальных задач по: экологическому мониторингу, нормированию и расчету загрязнений, экспертизе, охране природы, стратегии устойчивого развития, экологической безопасности, заповедному делу, метеорологии и климатологии, геологии и геоморфологии, гидробиологии, гидрологии, экологическому картографированию, экологической стандартизации и сертификации, экологии городских систем, современным технологиям получения и обработки экологической информации.
3. Изучение флоры и растительности. Это классическое направление включает инвентаризацию растительного покрова, систематический, экологический, геоботанический анализы различных территорий и экосистем: и городских агломерациях, заповедных объектах, в специфических искусственных условиях. Изучаются редкие и исчезающие виды растений. Идет составление ботанических кадастров, описание новых видов, форм, экологических рас. Обоснование территорий для создания новых заповедных участков, охранного режима отдельных геосистем.
4. Изучение хозяйственно полезных, декоративных и лекарственных растений, их характеристик, возможности использования и практического применения. Тропические и субтропические растения в условиях закрытого грунта. Способы размножения растений. Биологически активные вещества, пищевая ценность, возможность использования в повседневной жизни – это все предметы изучений на стыке разных областей знаний. Плодово-ягодные, цветочно-декоративные, рассада и черенкование, методы оптимизации и мобилизации растительных ресурсов.
5. Фитоиндикация. К этому направлению относится изучение всех возможных доступных для изучения признаков растений, указывающих на определенные характеристики среды: и экологические режимы (увлажнения, температурного фактора, биогеохимические особенности, барьеры, свойства почв и т.д.), так и условия нарушенных местообитаний, промышленные и сельскохозяйственные загрязнения, всевозможные трансформации среды, химические и физические локальные аномалии. Благодаря разнообразным экологическим условиям, природным и климатическим особенностям Донбасса и, конечно же, ученым-энтузиастам этого региона, биомониторинговые исследования всегда были актуальными, востребованными и перспективными для многих сфер научно-практической деятельности человека. Кафедра в этом направлении работает по нескольким аспектам: изучение индикационных свойств водорослей, мохообразных, цветковых растений. Такие подходы позволяют профессионально  сделать правильные выводы о состоянии экотопа или отдельного региона для принятия управленческих решений в системе государственного мониторинга, экспертизы и нормирования антропогенной нагрузки на окружающую среду.
6.  Научно-педагогические и научно-методические исследования. Все формы методики преподавания биологии, химии, экологии в школе, вузах. На кафедре реализуются следующие приоритетные исследования в области методики обучения: внедрение новых систем контроля и оценки качества образования, педагогические инновационные технологии, современные подходы в обучении, организация проектной деятельности обучающихся, организация исследовательской деятельности, профильное обучение, активные методы обучения, способы повышения мотивации к обучению биологии и экологии, методическое обеспечение образовательных программ, повышение экологической культуры обучающихся; экологическое воспитание.

Ежегодно кафедра ботаники и экологии ДонГУ совместно с Донецким национальным техническим университетом проводит Международную конференцию «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». Кафедра отвечает за работу секции «Фитооптимизация техногенной среды и охрана растительного мира».

Традиционными являются участия сотрудников и студентов кафедры в международных конференциях Вятского государственного университета: «Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем» и «Экология родного края: проблемы и пути их решения».

На кафедре ботаники и экологии реализуется инициативная тема «Ботаника антропотехногенеза: индикация и оптимизация» (2022-2026 гг.), № госрегистрации 0122 D 000085; Пв-22/28.

Сотрудники кафедры включены в работу молодежной лаборатории «Диагностика и механизмы адаптации природных и антропогенно-трансформированных экосистем Донбасса» (№ госрегистрации НИОКТР 1023110700153-4-1.6.19;1.6.11;1.6.12).

Осуществляется участие в работе Азово-Черноморского математического Центра по моделированию в экологии; соглашение от 29 февраля 2024 г. № 075-02-2024-1446.

Выполняются научные работы в соответствии с Дорожной картой по договору с Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова; № ОФ-3029-2022-5.

Ежегодно сотрудники и студенты кафедры принимают участие в более 20 Международных научных мероприятиях, имеют соответствующие публикации в профильных научных журналах. Ведущие ученые кафедры являются авторами более 300 монографий, учебников и учебно-методических пособий.

Выпускники кафедры являются специалистами в области ботаники, экологи растений, гидробиологии, биотехнологии, зеленой архитектуры, экологической экспертизы, промышленной экологии, успешно работают преподавателями и учителями, руководят профильными научно-исследовательскими лабораториями.