Основні наукові напрямки, за якими у теперішній час плідно працюють студенти, аспіранти, докторанти та науково-педагогічні співробітники кафедри спрямовані на дослідження та поліпшення процесів сумішоутворення і згоряння двигунів, покращення екологічних і економічних показників, забезпечення використання альтернативних палив та багатопаливності; підвищення ресурсних характеристик двигунів, використання перспективних матеріалів і технологій; розробку САПР, нових методик,математичних моделей, програмного забезпечення.
Очолюють наукові напрямки професори А.П. Марченко, В.О. Пильов, І.В. Парсаданов, О.В. Триньов, С.О. Кравченко.
На базі кафедри ДВЗ діє спеціалізована вчена рада по захисту докторських і кандидатських дисертацій за спеціальностями 05.05.03 «Двигуни та енергетичні установки» та 05.22.02 «Автомобілі та трактори».
Кафедра видає всеукраїнський науково-технічний журнал «Двигуни внутрішнього згоряння», є організатором Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт зі спеціальності 142 «Енергетичне машинобудування».
Вчені кафедри беруть активну участь в Міжнародних конференціях в Україні, Литви, Польщі, Німеччині. Кафедра є співзасновником і організатором щорічного Міжнародного конгресу двигунобудівників.
Кафедра підтримує зв’язки з інтеграції наукових досліджень, учбових програм, обмінів викладачами, студентами з Варшавською політехнікою (Польща), Празьким технічним університетом (Чехія), з політехнічним університетом м. Кельці (Польща); університетом Грин-Бей штату Вісконсін (США), Клайпедським університетом (Литва).