С начала основания кафедры, проведенные и проводимые научные исследования охватывают достаточно обширную область знаний. Так, например, можно выделить следующие направления научного исследования:

• Математические модели переноса внутренних масс Земли приливными деформациями;
• Математическое моделирование магнитосферы и токов, индуцированных в наземных линиях электропередач;
• Автоэлектронная эмиссия;
• Компьютерное моделирование и разработка методов огранки алмазов;
• Разработка и внедрение способов и устройства для дезинтеграции и предварительного обогащения кимберлитов;
• Исследование газовых гидратов;
• Ab initio расчеты электронных свойств материалов;
• Кватернионный анализ.

Преподаватели кафедры ведут общеуниверситетские и общеинститутские курсы: теоретическая физика (теоретическая механика, электродинамика, квантовая механика, термодинамика и статистическая физика), численные методы и математическое моделирование, программирование, физика и т. д. На 3-4 курсе и в магистратуре читаются следующие (современные проблемы физики, гиперкомплексные функции, квантовая электродинамика, физика широких атмосферных ливней, структурное моделирование материалов, математические модели механики разрушения и т.д.) и компьютерные курсы (компьютерные технологии в науке, спец физический практикум, математические модели тепломассопереноса и т.д.). Некоторые аспиранты проходят практику за рубежом.

Сотрудники кафедры регулярно выступают с докладами на всероссийских и международных конференциях по математическому моделированию,  теории полупроводников, физике наностуктур, по космической погоде и многих других. Ежегодно публикуются 5-10 статей в научных журналах страны и за рубежом. Кафедра имеет обширные международные контакты. Сотрудники кафедры читали лекции и выступали с докладами в Франции, Германии, Бельгии, Китае,  Греции, Армении, Венгрии, Чехии, Испании и во многих других странах мира.

Сотрудниками кафедры ежегодно выигрываются гранты различного уровня, выполняются х/д работы. Так, например,  с 2009 по 2013 года кафедрой «Теоретическая физика» было привлечено более 40 млн. рубл.

Преподаватели кафедры проводят большую работу со студентами и аспирантами, активно приобщая их к научно-исследовательской работе. Ежегодно кафедра отбирает доклады для научно-практической конференции студентов СВФУ им. М.К. Аммосова по теоретической физике. Лучшие доклады печатаются в сборнике трудов конференции.