К числу основных научных направлений, разрабатываемых на факультете, относятся: теоретическая и математическая физика; физика неравновесных процессов и тепломассопереноса; механика жидкости и газа; физика твердого тела, магнетизма и сверхпроводимости; физика наноматериалов и поверхности; физическое материаловедение; радиофизика и электроника; оптическая обработка информации; вычислительная техника и информационные технологии; информационная безопасность; компьютерные технологии в экологии; управление окружающей средой; метрология.

Теоретическая и математическая физика – исследования вопросов разрешимости для нелинейных параболических и эллиптических уравнений со свободными границами, исследование пространственно армированных композитов с заданными свойствами, эффекты магнитного последействия и гистерезиса в низкоразмерных магнетиках.

Нанофизика – оптимизация структурообразования и свойства нанокристаллических пленок при ионно-плазменном напылении, изучение механизма возбуждения и ионизации атомов при бомбардировке ионами низких и средних энергий поверхности твердого тела с целью его диагностики, изучение влияния газовой среды на процессы химико-термической обработки металлов и сплавов, исследование динамики магнитного потока в сверхпроводниках, исследование магнитных состояний в многослойных магнитных пленках.

Механика жидкости и газа – теоретические и экспериментальные исследования создания, распространения и взаимодействия высокоскоростных струй жидкости с препятствиями, иcследования кристаллизации высокотемпературных расплавов, гидрообработки материалов, разработке методов измерений, контроля и диагностики параметров турбулентных течений, разработке новых энергосберегающих технологий.

Радиофизика – исследования и разработка новых конструкций усилителей СВЧ с повышенным КПД, выполняются проекты по построению систем коммуникации в ближнем поле, развитию устройств коммутации и обработке информации оптико-электронными средствами; разработке устройств лазерной техники и оптоэлектроники.

Компьютерные науки – исследования кафедры нацелены на математическое, компьютерное моделирование, автоматизированное управление, идентификацию и оптимизацию различных систем и процессов. На развитие и использование интеллектуальных алгоритмов в управлении. Ведутся исследования и разработки в области электронного города и правительства.

Компьютерный мониторинг и экологическая безопасность. Разработка компьютерных систем мониторинга техногенного региона. Разработка и внедрение систем управления качеством окружающей природной среды на базе международной системы стандартов ISO14000. Разработка теоретических моделей и пакетов прикладных программ для прогнозирования распространения загрязнений от подвижных и стационарных источников с учетом рельефа местности, химических реакций при переносе загрязнений и термодинамических явлений в атмосфере.