Научно-исследовательская деятельность кафедры в основном связана с направлением «Повышение надежности и совершенствование дизельной топливной аппаратуры при изготовлении, эксплуатации и ремонте». В настоящее время ведется работа по теме: «Совершенствование топливной аппаратуры для работы тракторных двигателей по газодизельному циклу, выполняемая по хоздоговору с Уралвагонзаводом (г.Нижний Тагил); Автомобильным и автомоторным центральным научно-исследовательским институтом (НАМИ г.Москва). В творческом содружестве с ОАО «Камаз-дизель» проводится исследование по теме «Влияние регулировочных параметров топливной аппаратуры дизелей КамАЗ на выбросы отработавших газов». С ассоциацией аграрного образования (г. Саратов) выполняются исследования, связанные с совершенствованием очистки дизельного топлива путем использования новых электростатических фильтров. По данным направлениям сотрудниками кафедры опубликовано более 250 работ. С 1972 года на кафедре ведутся фундаментальные исследования по вопросам взаимодействия редкоземельных металлов с компонентами чугунов и сталей. На базе этих исследований разработано свыше 20 технологических процессов получения специальных сплавов с высокими физико-механическими и технологическими свойствами. Научно-исследовательская работа на кафедре осуществляется в тесном контакте с предприятиями и организациями различных регионов России, путем заключения контрактов по решению важных вопросов производства и внедрению результатов научных исследований в практику. В 2006-2008 годах кафедрой выполнялся договор: «Разработка технологических процессов получения отливок методом точного литья по выплавляемым моделям и совершенствование используемых материалов при производстве вакуумной техники используются ФГУП НПП «Контакт» при реализации работ по техническому перевооружению и реконструкции, осуществляемому по Государственному контракту № 1337/0-2, заключенному с Федеральным законом от 27.12.1995 г. № 213-ФЗ, а также «Программы реформирования производственно-технического комплекса ФГУП НПП «Контакт» на основе технологий двойного применения разработанной и реализуемой предприятием, с общей стоимостью 3.2 млн. руб. разработанного и внедренного 80 технологических процессов. В 2004 году кафедрой открыта научно-исследовательская лаборатория по исследованию и внедрению в производство поршневых колец для автотракторных двигателей. Научный руководитель лаборатории – кандидат технических наук, доцент Никитин Д.А. Коллективом лаборатории получена математическая модель силового взаимодействия поршневых колец с гильзой цилиндров, в том числе с отклонениями от правильной геометрической формы, позволяющая существенно повысить качество работы ЦПГ за счёт повышения приспособляемости поршневых колец, что позволило АО КАМАЗ по эксплуатационным показателям выйти на уровень требований стандартов ЕВРО-2. В 2005 году коллектив учёных кафедры Д.А. Никитин и Ю.С. Данилов на первом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций были удостоены золотой и серебряной медалей за разработку и изготовление поршневых колец, обеспечивающих соответствие параметров работы цилиндропоршневой группы ДВС требованиям Евро-2 и Евро-3. Кафедра ежегодно получает 2-3 патента на новые разработки. В настоящее время доценты В.В. Чекмарёв и Абрамов В.А. работают над докторскими диссертациями.
Ежегодно при кафедре научно-исследовательской работой занимаются около 30 студентов. По ее результатам ежегодно на студенческой конференции СГАУ заслушиваются доклады.