Традиційним напрямком наукових досліджень кафедри в наш час є хімія гетероциклічних сполук, яку розвивають наукові групи професора Воловенка Ю.М., професора Ковтуненка В.О., члена-кореспондента НАН України, професора Хилі В.П., професора Войтенко З.В. Відносно новими напрямками є синтез та використання флуоресцентних сенсорів (доцент Пивоваренко В.Г.), дизайн нанотрубок, нанокілець та інших наноструктур з карбону (професор Корнілов М.Ю.), синтез модельних сполук для вирішення проблем стереохімії та фізичної органічної хімії, медична хімія (професор Комаров І.В.).

У розпорядженні науковців кафедри є сучасне аналітичне обладнання, зокрема, ЯМР-спектрометр фірми Varian, 400 МГц для протонів, та CHNO/S аналізатор VarioMicro фірми Elementar Gmbh.