Наукова робота кафедри ведеться у наступних напрямках:
- Сенсори та перетворювальні прилади на основі напівпровідникових та діелектричних матеріалів і гетероструктур;
- Фізико-хімічні процеси синтезу та контрольованої модифікації властивостей матеріалів функціональної, мікро- та наноелектроніки.
Кафедра НПЕ співпрацює із зарубіжними науковими центрами Польщі, Угорщини, Німеччини, Австрії, Японії, Китаю, Швейцарії, Великобританії в рамках програм співробітництва за міждержавними угодами про науково-технічну співпрацю. Випускники кафедри останніх років (І.Панкевич, О. Нікіфоров, Р. Алексійко, О. Федорич, Ю.Ільїна, Н. Мартинюк, І.Мельник, С. Матічин, Т. Гур’єва, К. Голубєв, С. Кобяков та інші) успішно займаються науково-дослідною роботою у провідних наукових центрах Європи та США. За останні роки співробітниками кафедри виконано кілька десятків науково-дослідних проектів, в тому числі більше десяти міжнародних, опубліковано понад 20 навчальних посібників та монографій, кілька сотень наукових статей у міжнародних фахових журналах.
Велику увагу кафедра приділяє студентській науково-дослідній роботі. Студенти старших курсів активно займаються у наукових лабораторіях кафедри, філії НВП «Карат» та НДЦ «Кристал». Багато з них займали призові місця та нагороджені Почесними грамотами за участь у державних та міжнародних науково-технічних конференціях, олімпіадах, конкурсах тощо. Наукова тематика, експериментальні і теоретичні дослідження напівпровідникових та діелектричних матеріалів у великій мірі проводяться у лабораторіях НДІ «Кристал» при кафедрі. Наукові напрямки лабораторій мають суттєве фундаментальне та прикладне значення, i є невід’ємною частиною програми розвитку Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки, а також університету в цілому.