Наукові інтереси кафедри охоплюють широкий круг проблем, серед яких: палеонтологія хребетних України; комплексне вивчення взаємодії природного середовища і господарської діяльності людей; соціально-економічні проблеми розміщення продуктивних сил і населення Луганської області; системно-структурне проектування учбових курсів географії в загальноосвітніх і вищих учбових закладах. 

За наслідками наукових досліджень щорічно викладачами кафедри публікуються 30-40 робіт. При активній участі кафедри географії були розроблені «Атлас Луганської області», «Екологічний атлас Луганської області». До науково-дослідної роботи притягуються і студенти. Діють проблемні студентські наукові групи, члени яких на Дні науки представляють свої доповіді і повідомлення, беруть участь в олімпіадах, конкурсах. При кафедрі функціонує студентський географічний клуб «Геоерудит». 

Кафедра має постійні наукові зв'язки з провідними національними університетами країни (Львівським, Одеським, Харківським, Київським, Чернівецьким), з педагогічними університетами Києва, Тернополя, Сум, Полтави, Московським державним університетом імені М.В.Ломоносова, Волгоградським державним педагогічним університетом, Лейпцігським університетом та Фрайбергською гірничою академією (Німеччина), Вроцлавським університетом (Польща). З окремих наукових проблем кафедра співробітничає з Інститутом географії НАН України, Інститутом геологічних наук НАН України з Інститутом передових технологій, з ДНПП «Картографія».  

 

У травні-червні 2007 р. доцент Удовиченко М.І. перебував на двомісячному науковому стажуванні по лінії DAAD у Фрайбергській гірничій академії (Німеччина). Під час стажування було налагоджено нові наукові контакти з німецькими фахівцями.