Наукова діяльність кафедри проводиться за такими напрямами:

1. «Хімічні та біотехнології» – розробка технологій виробництва азотовмісних сполук з використанням каталітичних і біокаталітичний процесів; розробка каталізаторів для нейтралізації техно- і антропогенного забруднення і біоремедіації; та розробка технологій одержання і консервації біологічно-активних речовин з рослинної і тваринної сировини.
2. «Фармацевтична біотехнологія» – розробка та вивчення фармакологічної активності природних фосфоліпідів і білків в залежності від їх функції і хімічної будови; створення лікарських і діагностичних препаратів: імунобіологічних, липосомальных та ін; та розробка методології аналізу і стандартизації таких препаратів.
3. «Хімічна фізика і біофізика» – дослідження механізмів переносу енергії в конденсованому стані до локальних центрів та утворення молекулярних і біомолекулярних нанокомплексов; визначення способів управління функціональними властивостями макромолекул та їх асоціатів за допомогою впливу на систему множинних ковалентних і нековалентних внутрішньо- і міжмолекулярних взаємодій; розробка дистанційних неруйнівних методів аналізу стимульованої модифікації систем зв’язків у біополімерах і функціональних матеріалах; та розробка теоретичних основ біотехнології і біоінженерії.

Кафедра підтримує тісні наукові зв’язки з науково-дослідними інститутами:

1. Інститут мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова НАМН України
2. Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр’єва НААН України
3. Інститут тваринництва НААН України
4. Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
5. Інститут монокристалів НАН України
6. Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України
7. Фізико-технічний інститут низьких температур ім Б.І. Вєркіна НАН України
8. Харківська медична академія післядипломної освіти
9. Інститут загальної та невідкладної хірургії НАМН України
10. Харківський обласний клінічний центр урології і нефрології імені В.І. Шаповала.