Фундаментальные исследования:
• Теоретическое и экспериментальное моделирование процессов обработки материалов потоками высоких энергий;
• Структурно-фазовое состояние сталей и сплавов после их обработки потоками электронов, ионов и плазмы;
• Создание новых материалов гетерогенного и градиентного типа для работы в экстремальных условиях;
• Поведение модифицированных материалов при различных условиях внешнего нагружения в разнообразных средах;
• Физикa и технология тонких пленок и покрытий;
• Теория, методы и устройства получения алмазоподобных, многокомпонентных и многослойных покрытий;
• Спектроскопическая и зондовая диагностика гетерогенных плазменных потоков;
• Создание новых тонкопленочных материалов для элементов и устройств технического и медико-биологического назначения;
• Разработка научных основ методов электронно-лучевого (ЭЛ) модифицирования поверхности металлических материалов;
• ЭЛ формирования неразъемных соединений одно- и разнородных материалов, создания сверхпроводящих резонаторов для уникальных исследовательско-технологических мегаустановок и комплексов класса мега-сайенс;
• Ионно химико-термическая обработка сталей, чугунов, титановых сплавов;
• Формирование покрытий на текстильных материалах;
• Электролитно-плазменная полировка и электрохимическое оксидирование цветных и черных металлов;
• ЭЛ аддитивных (3D) технологий «передового производства».

Прикладные исследования:
• Разработка технологических основ объемного и поверхностного термоупрочнения сталей и сплавов, получения соединений металл-металл, керамика-основа с использованием потоков высоких энергий;
• Разработка технологических основ получения новых материалов и покрытий на основе металлов и углерода вакуумными плазменными методами для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин и механизмов, обрабатывающего инструмента, изделий медицинской техники;
• Создание чувствительных элементов датчиков, сенсорных устройств и комплексов для применений в технике и медицине;
• Формирование радиопоглощающих и биозащитных покрытий на текстильных материалах;
• Физико-химические процессы электролитно-плазменной полировки и электрохимического оксидирования цветных и черных металлов. Создание промышленного оборудования;
• Разработка и создание оборудования для реализации процессов ионной химико-термической обработки сталей, чугунов, титановых сплавов;
• Разработка и создание оборудования для реализации электронно-лучевых технологий;
• Разработка и модернизация оборудования для осаждения упрочняюших и защитных покрытий.

Разработка методов:
• переплава материалов с получением слитков из чистых и сверхчистых, в т.ч. из тугоплавких и химически активных металлов;
• поверхностного упрочнения (закалки поверхности изделий из сталей и чугунов, нанесения на стали и сплавы покрытий с широким диапазоном свойств);
• получения неразъемных соединений ответственных деталей путем ЭЛ сварки (отношение глубины сварного шва к ширине до 50:1, скорость 1-25 мм/с, прочность шва 0,9-1 от прочности основного металла) или активной пайки, обеспечивающей возможность получения качественного лезвийного инструмента с высокой прочностью соединения керамики с основой, упрочняющей ионной химико-термической обработки сталей, чугунов, титановых сплавов.

Новые приоритетные направления исследований и разработок:
- Изучение изменения свойств материалов при реализации методов ЭЛ обработки, включающих предварительное, либо одновременное нанесение металлических или композиционных покрытий;
- Создание комбинированных вариантов упрочнения сталей и сплавов Ti с оптимальным структурно-фазовым состоянием покрытия и переходной диффузионной зоны;
- Получение соединений перспективных сверхтвердых материалов с основой из сталей и твердых сплавов для обработки высокотвердых металлических и керамических материалов.

Новые формирующиеся направления исследований:
- Нанесения на основу из сталей и титановых сплавов с использованием ЭЛ обработки и синтеза в конденсированной фазе (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) покрытий, способных противостоять интенсивному внешнему воздействию;
- Прорывные аддитивные (3D) технологии «передового производства» (advanced manufacturing), основанные на широком применении новых материалов, информационных технологий и глубокой автоматизации производственных процессов.

Лаборатории