Кафедра ПОҚ келесі басым ғылыми бағыттар бойынша ғылыми зерттеулер жүргізеді: материалтану, радиациялық физика (проф. Қ.Б. Тлебаев, А.И. Купчишин, Ә.Баймаханұлы), нанотехнология (проф. А.К. Шоқанов, PhD Д.М. Насирова), молекулалық физика (проф. М.С.Молдабекова), физиканы оқытудың теориясы мен әдістемесі (У.Қ. Тоқбергенова, Д.М. Қазақбева, Б.Акитай).
Кафедра ПОҚ әртүрлі халықаралық, республикалық және университетішілік конференцияларға қатысады, жетекші шетелдік, отандық журналдарда, сондай-ақ импакт-факторы бар мәліметтер қорына кіретін Thompson Reuters, Scopus және РИНЦ сияқты журналдарда ғылыми еңбектерін жариялайды (проф. Қ.Б.Тлебаев, А.И.Купчишин, Ә.Баймаханұлы, Л.М.Чечин, М.С.Молдабекова және басқ.). Сонымен бірге кафедрада ҚР БжҒМ-ң іргелі зерттеулер жобаларына және Абай атындағы ҚазҰПУ қаржыландыратын жобаларға (проф. Қ.Б.Тлебаев, А.И.Купчишин) қатысады, оларға кафедра докторанттары мен магистранттары тартылады.
Кафедрада жыл сайын жас физиктердің халықаралық мектебі өтеді. 2011 жылы 18-20 сәуірде «Ғарыш, ғылым, нанотехнологиялар» атты V халықаралық мектеп өтті, оған әлемге аты әйгілі ғалымдар Герман Боос (Германия), Каджи Фуджи (Жапония), С.И. Зайцев (Ресей), сондай-ақ әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-нің және «Қазатомөндіріс» ғалым-физиктері қатысты. Мектеп жұмысының нәтижелері бойынша мақалалар жинағы шығарылып, онда тек оқытушылардың ғана емес, сонымен бірге магистранттар мен докторанттардың да мақалалары жарияланды.
2011 ж. 26-30 қыркүйекте «Семей полигонының жабылуы» тақырыбында халықаралық форум өткізілді. Форумға Ресейден, Германиядан, Жапониядан, Оңтүстік Кореядан, Өзбекстаннан және басқа елдерден ғалым-физиктер қатысты. «Дөңгелек үстел» барысында «физика» мамандығының магистранттары мен докторанттары шетелдік ғалымдармен танысып, келісім-шарт жасасты.
2013 ж. 17 қазанда «Қазақстанның педагогикалық жоғары оқу орындарында нанотехнологияны оқытудың әдіснамалық аспектілері» тақырыбында Республикалық ғылыми-әдістемелік және теориялық семинар өткізілді, сондай-ақ 2014 ж. 14 мамырда кафедра ПОҚ «Физиканың және кәсіптік оқытудың заманауи мәселелері» тақырыбында Республикалық дөңгелек үстел өткізді.