Науково-дослідна робота на кафедрі здійснюється як шляхом проведення держбюджетних фундаментальних та госпдоговірних прикладних досліджень на замовлення підприємств та організацій нафтогазової галузі.
Основні напрями наукових досліджень:
- теоретичні та практичні проблеми нафтогазової геології;
- геодинамічне моделювання глибинної будови надр України;
- прогнозування аномальних пластових тисків у надрах;
- оцінка перспектив нафтогазоносності окремих територій;
- обґрунтування вибору першочергових об'єктів для пошукових робіт на нафту і газ;
- геолого-економічна оцінка ділянок надр;
- геомеханічне моделювання об’єктів;
- комп'ютерні технології в нафтогазогеологічних дослідженнях;
- створення експертних систем діагностики нафтогазоперспективних об'єктів;
- наукове обґрунтування пошуків нетрадиційних джерел вуглеводнів.
На кафедрі сформовано низку наукових напрямів, окремі з яких переросли в наукові школи. Одна із них, яку заснував професор Б.Й. Маєвський, вивчає вплив геодинамічних процесів на формування і нафтогазоносність осадових басейнів. Друга наукова школа, заснована професором О.О. Орловим, розробляє геодинамічну концепцію походження аномальних тисків у земній корі та методи їхнього прогнозування. На базі наукових ідей і методологічних принципів провідних вчених кафедри, що втілюються в життя їхніми учнями,розроблені нові високоефективні підходи до вирішення конкретних актуальних проблем нафтогазової геології.
Кафедра забезпечує підготовку наукових кадрів третього рівня за освітньо-науковою програмою підготовки докторів філософії за спеціальністю 103 Науки про Землю. Право керівництва аспірантами мають завідувачка кафедри, доцент, кандидат геологічних наук І.Р. Михайлів, декан факультету природничих наук, доцент, кандидат геологічних наук О.М. Трубенко, професор, доктор геологічних наук В.Р. Хомин, доцент, доктор геологічних наук С.С. Куровець та доцент, кандидат геологічних наук В.Г. Омельченко.
Результати наукових розробок вчених кафедри успішно використовуються в нафтогазовій промисловості України та в навчальному процесі університету.
До наукових розробок постійно залучаються студенти, які працюють у наукових гуртках при кафедрі та при виконанні госпдоговірних науково-дослідних робіт.
Кафедра розвиває наукові, навчально-методичні та ділові міжнародні зв'язки із навчальними закладами, науково-дослідними і виробничими організаціями.
Працівники кафедри проводять науково-дослідні роботи згідно плану затвердженої держбюджетної тематики: “Дослідження геологічної будови та нафтогазоносності осадових басейнів України».
