В настоящее время на кафедрах астрономического отделения исследовательскую работу ведут около 60 человек, в том числе 16 докторов и 28 кандидатов наук. Основные направления научных исследований (ранее или в настоящее время):

• Космология: крупномасштабная структура Вселенной, реликтовое излучение Большого Взрыва.
• Физика галактик: динамическое взаимодействие и структуризация образований в галактиках и межгалактическом пространстве. Процессы гравитационного взаимодействия галактик. Фотометрия и поляриметрия пекулярных галактик, активных ядер галактик, квазаров и блазаров. Газодинамические неустойчивости в астрофизических системах.
• Физика звезд: развитие теории и методов расчета переноса излучения и вещества в недрах и атмосферах звезд; анализ кривых блеска, спектров и поляризации молодых звезд, звезд с протопланетными дисками и галактических рентгеновских источников.
• Физика межзвездной среды: исследование межзвездного поглощения и поляризации в рамках различных моделей несферических многослойных частиц.
• Гелиофизика: теоретическая спектрополяриметрия Солнца, структурные образования солнечной атмосферы в миллиметровом диапазоне волн.
• Динамика звездных систем: динамическая эволюция звездных систем, структурно-кинематическое и динамическое моделирование Галактики.
• Небесная механика: детерминированная и стохастическая небесная механика, динамика орбит естественных и искусственных небесных тел, экзопланеты.
• Астрометрия: исследование параметров вращения Земли по РСДБ-наблюдениям, определение связи систем звездных каталогов и каталога HIPPARCOS.
• Астрономическое приборостроение: моделирование узлов автоматизированного телескопа.