Научно-изследователската дейност на Катедрата, съвместно с ЛФТП, обхваща най-модерни теоретични и експериментални изследвания в областта на полупроводниковата физика и оптоелектроника (дискретна и интегрална). Акцентира се върху полупроводникови излъчватели (светодиоди и лазери) и приемници на светлина, както и на системите в които те се използват.

Провеждани са и се провеждат изследвания, свързани с разработването на съвременни технологии, както за израстване на кристали и слоеве, в това число и нано-, така и за създаване на тяхна основа на нови модерни полупроводникови оптоелектронни прибори и системи с приложение в оптоелектрониката, микроелектрониката, телекомуникациите, изчислителната техника, екологията, медицинската техника, военното производство, и др. Разработени са и се използват съвременни методи за изследване и характеризиране на полупроводникови материали и оптоелектронни прибори. Резултатите от научно-изследователската дейност на членовете на Катедрата и ЛФТП са отразени в над: 30 изследователски проекта, 550 публикации в научни списания (предимно чуждестранни), 250 доклади на национални и международни конференции, симпозиуми и школи, 7 монографии, 15 патенти и авторски свидетелства, цитирани са повече от 1000 пъти от чуждестранни учени и изследователски групи.