Основным научным направлением научно-исследовательской работы кафедры является изучение ранней диагностики, хирургического лечения и терапии, больных с травмой нервной системы, разработка новых технологий использования лазерной техники в нейрохирургии. За 53 года работы кафедры её сотрудниками опубликовано в печати 956 научных работ, 5 монографий. Издано 17 сборников научных работ, в том числе и совместно с кафедрами невропатологии и психиатрии и другими подразделениями СГМУ, 22 учебно-методические рекомендации, защищено 6 докторских и 32 кандидатских диссертаций. Выполняются научные исследования, направленные на совершенствование методов диагностики и лечения больных с тяжелой черепно-мозговой травмой и её последствиями, дегенеративными заболеваниями позвоночника и радикулопатиями, данные исследования защищены 17 патентами РФ, 13 рац. предложениями.

В настоящее время кафедра работает над проблемами выработки новых подходов к диагностике этиологии дегенеративных заболеваний позвоночника; разрабатываются вопросы применения эфферентных методов консервативного и малоинвазивных методов хирургического лечения в комплексной терапии остеохондроза; решению вопросов лечения травм позвоночника и спинного мозга; разработки подходов к диагностике и лечению больных с сосудистыми заболеваниями головного мозга. В ходе разработки проблемы черепно-мозговой травмы кафедрой рассматриваются вопросы диагностики поражения центральной нервной системы, хирургического лечения тяжёлой черепно-мозговой травмы, интенсивной терапии тяжёлой сочетанной нейротравмы и её осложнений.

Преподаватели кафедры принимают активное участие в конференциях, семинарах, круглых столах различного уровня; публикуют тезисы, тексты докладов и статьи в научных журналах, в том числе в рекомендованных ВАК изданиях, а также в журналах, индексируемых в РИНЦ, Scopus, Web of Science.

Кафедральным коллективом издаются межвузовские сборники научных трудов совместно с другими кафедрами университета. Материалы сборников содержат результаты научных исследований, проведенных научными работниками, преподавателями и аспирантами высших учебных заведений, которые могут быть использованы в образовательных программах, учебном процессе, преподавании общих и специальных медицинских дисциплин, а также имеют прагматическое значение для врачей различных специальностей.