- Внутримолекулярные процессы и элементарные химические акты в фемтосекундной шкале времени;
- Физика и химия самоорганизующихся структур, биологических систем и процессов;
- Современные методы расшифровки структур макромолекул, включая геномику и протеомику;
- Строение, линейные и нелинейные оптические и фотохимические свойства супрамолекулярных систем, нанофотоника; молекулярные системы записи информации;
- Квантовые эффекты и термоэлектрические свойства наноструктурированных полупроводников, создание приборов и методов исследования их свойств;
- Математическое моделирование во всех направлениях научной деятельности факультета.
- Нефтехимия, добыча редких элементов (в рамках Инжинирингового центра по добыче труднодоступных ископаемых МФТИ)