Тематика научных исследований кафедры полностью коррелирует с тематикой ИОХ РАН и направлена на получение новых данных о превращениях и структуре органических соединений:
В области органического синтеза, химии природных соединений и органического катализа можно выделить следующие доминирующие направления исследований, к которых относятся химия ненасыщенных соединений, химия диазосоединений, карбенов и малых циклов, изучение гомолитических реакций, химия нитросоединений, химия гетероциклических систем, особенно содержащих азот и серу, химия органоборанов и других элементоорганических соединений, химические реакции при сверхвысоких давлениях, электрохимический органический синтез, химия гетероцепных полимеров.
В области химии природных соединений основными и наиболее успешными направлениями исследований являются химия углеводов, химия стероидов и оксилипинов.
В области органического катализа фундаментальные исследования направлены на решение проблем исследования элементарных стадий каталитических реакций, в том числе с использованием методов квантовой химии, изучения структуры и физических свойств поверхности катализаторов с помощью комплекса современных инструментальных и вычислительных методов, развития каталитического асимметрического синтеза, создания научных основ приготовления новых катализаторов на базе отечественных цеолитов, создания кинетических, физических и математических моделей для расчета промышленных процессов и реакторов.