Vedecko-výskumná činnosť v oblasti vedného odboru Teória vyučovania fyziky sa sústredila do niekoľkých oblastí: aplikácie digitálnych technológií do vyučovania fyziky, využitie e-learningu v dištančnom vzdelávaní učiteľov fyziky, kurikulárna transformácia všeobecnovzdelávacej zložky stredoškolského vzdelávania, popularizácia vedy v prírodovednom vzdelávaní, nové postupy pri zavádzaní fyzikálnych pojmov, diagnostikovanie výkonov žiakov. Na katedre sa riešia vedecké projekty zamerané na problematiku elementárnych častíc, mnohočasticových systémov, matematickej fyziky a teórie gravitácie. V tejto oblasti má katedra aktívnu medzinárodnú spoluprácu s univerzitami v Regensburgu, Birminghame, Viedni, Grazi, Helsinkách a Ženeve, ústavmi SISSA Terst, DESY Hamburg, CERN Ženeva a SÚJV Dubna.

Členovia katedry spolupracujú na experimentoch NA62 (Cern) a Atlas (LHC, Cern).