Наукова робота на кафедрі проводиться за напрямками, які є актуальними і вимагають поєднання знань та вмінь у різних галузях природничих наук. Зокрема, це дослідження супрамолекулярних асоціатів та структур сучасними фізичними методами; розробка технологій отримання хімічних речовин з метою пошуку нових лікарських засобів; фотоніка органічних молекул; отримання модифікованих пептидів та дослідження їх поведінки в моделях біологічних об’єктів, пошук нових багатофункціональних матеріалів, комп’ютерні розрахунки біологічної активності.
Наукові досягнення викладачів та співробітників кафедри опубліковані в найпрестижніших журналах та періодичних виданнях, які мають високий рейтинг цитування. Студенти приймають активну участь в сучасних наукових дослідженнях і є повноцінними авторами наукових публікацій. Кафедра підтримує тісні наукові зв’язки з установами НАН України, зарубіжними університетами та науковими центрами у Великобританії, Німеччині.