Колектив кафедри веде теоретичні й експериментальні дослідження з проблем експлуатації транспортних машин. До пріоритетних напрямків наукових досліджень віднесені питання розробки науково-обґрунтованої концепції нової системи технічного обслуговування й ремонту транспортних колісних машин, впровадження нових методів і засобів технічного обслуговування, діагностики й прогнозування.
Наукова діяльність кафедри спрямована на теоретичні роботи, в основу яких закладена концепція створення складних кібернетичних моделей і їх аналізу з позиції системотехніки. Кафедра продовжує розробку методів і засобів комп'ютерної діагностики автомобілів і створення автоматизованого устаткування для контролю технічного стану автомобілів (GPS-моніторинг). Транспортно-інформаційна система «ХНАДУ ТЕСА» - система супутникового моніторингу рухомого складу, яка є спеціалізованим програмно-апаратним комплексом для управління технічною експлуатацією і комерційною експлуатацією в малих автотранспортних підприємствах.
Успішно функціонують дві акредитовані Держстандартом України лабораторії: контрольно-діагностична лабораторія автомобілів і лабораторія по випробуванню автоексплуатаційних матеріалів. Створена лабораторія комп'ютерної діагностики.
На кафедрі здійснюється підготовка аспірантів очної та заочної форм навчання за спеціальністю 05.22.20 – «Експлуатація та ремонт засобів транспорту».
Щорічно колектив кафедри публікує майже 100 статей у фахових збірниках та тез конференцій.