Na katedre sa riešia vedecké projekty zamerané na problematiku elementárnych častíc, mnohočasticových systémov, matematickej fyziky, teórie gravitácie a teoretickej mechaniky.

V týchto oblastiach má katedra aktívnu medzinárodnú spoluprácu so zahraničnými univerzitami a vedeckými pracoviskami: univerzity vo Viedni, Grazi, Helsinkách, Mníchove a Ženeve, ústavy DIAS Dublin, ESI Viedeň, SISSA Terst, DESY Hamburg, CERN Ženeva a SÚJV Dubna. Projekty ESF, na ktorých sa podieľa Oddelenie teoretickej fyziky - Iniciovanie Centra pokročilých štúdií z fyziky (CEPOŠ).