З часу заснування кафедри її навчальна та наукова робота охоплює три основні напрямки, згідно з якими було створено три відповідні структурні підрозділи. Перший з цих напрямків – фізика поверхні твердого тіла та електронна спектроскопія. Його очолює академік НАНУ, проф. М. Г. Находкін. Іншим напрямом, пов’язаним з прикладними питаннями оптичної обробки інформації, керує доц. В. Н. Курашов. Електроніка й техніка НВЧ і взаємодія НВЧ із речовиною є предметом третього напряму, котрий очолює проф. Г. А. Мелков. Всі ці три напрями тісно пов’язані між собою і мають єдину мету – підготовку висококваліфікованих спеціалістів, обізнаних із сучасною мікроелектронною технологією і існуючими методами досліджень і спроможних до практичного застосування цих методів для створення і експлуатації інформаційних систем оптичного і НВЧ діапазонів.

Студенти 3-6 курсів кафедри слухають лекційні курси: «Фізичні основи мікроелектроніки» (проф. М. Г. Находкін, проф. П. В. Мельник, доц. І. П. Коваль), «Фізична електроніка» (проф. П. В. Мельник, ас. С. П. Кулик), «Кріогенна електроніка» (проф. Г. А. Мелков), «Техніка й електроніка НВЧ» (проф. Г. А. Мелков), «Квантова радіофізика та нелінійна оптика» (доц. В. Н. Курашов), «Статистична радіофізика» (доц. В. Н. Курашов), «Методи обробки сигналів» (доц. В. Н. Курашов), «Сучасні методи діагностики поверхні« (доц. І. П. Коваль), «Фізика поверхні» (доц. І. П. Коваль), «Методи обробки аналітичної інформації» (доц. І. П. Коваль), «Фізика й техніка низьких температур» (проф. В. М. Пан), «Високотемпературна надпровідність» (проф. В. М. Пан), «Фізика твердого тіла» (доц. О. Л. Касаткін), «Напівпровідникова електроніка» (доц. А. Г. Шкавро), «Магнітні спінзалежні явища в твердих тілах» (проф. С. М. Рябченко), «Схемотехніка» (проф. В. Я. Черняк), «Мікропроцесорна техніка» (проф. В. Я. Черняк), «Оптоелектроніка» (В. І. Кисленко).

За останні роки суттєво оновлено спеціальні курси, які читаються студентам старших курсів, та розроблено нові спецкурси, зокрема, «Комп’ютерні технології в фізиці» (ас. О. В. Прокопенко), «Мобільні телекомунікаційні системи» (доц. О. О. Серга), «Тунельна мікроскопія і спектроскопія» (ас. С. П. Кулик), «Фізика поверхні» (доц. І. П. Коваль).

При кафедрі функціонує навчальна лабораторія (завідувач – В. І. Чичирко), де майбутні бакалаври, спеціалісти та магістри оволодівають практичними уміннями та навичками. Під керівництвом викладачів та наукових співробітників проводяться лабораторні роботи з курсів «Фізичні основи мікроелектроніки» (П. В. Мельник, С. П. Кулик, А. О. Голобородько), «Фізична електроніка» (П. В. Мельник, С. П. Кулик), «Техніка й електроніка НВЧ» (Г. А. Мелков), «Комп’ютерний експеримент» (І. П. Коваль, О. В. Прокопенко), «Статистична радіофізика» (А. В. Коваленко), «Квантова радіофізика та нелінійна оптика» (А. В. Коваленко), «Методи обробки сигналів» (А. В. Коваленко), «Фізика й техніка низьких температур» (Я. І. Кишенко). Лабораторні роботи проводяться на унікальному науковому обладнанні, як промисловому, так і створеному співробітниками кафедри. На кафедрі розроблено та впроваджено нові унікальні лабораторні роботи, які відображають останні досягнення науки, техніки, виробництва: «Скануюча тунельна мікроскопія» (П. В. Мельник), «Дослідження методу реєстрації оптичного фронту сенсора Шека-Хартмана» (Д. В. Поданчук), «Мікрокріогенна система замкненого циклу» (О. М. Іванюта).

З метою розширення тематики спеціальних курсів до навчального процесу активно залучаються провідні вчені НАН України: професори Є. І. Білоколос, А. А. Молчанов, В. М. Пан, Е. А. Пашицький, Е. М. Руденко, С. М. Рябченко, І. М. Яковкін, О. А. Кордюк.

У 1981 р. з метою вдосконалення підготовки спеціалістів на базі ВО ім. С. П. Корольова створена і понад 10 років працювала філія кафедри «Технологія і матеріали» (її завідувач – Ю. А. Аверкін, викладачі – Н. П. Андросюк, І. В. Белоусов, В. А. Галенко, Л. І. Коробко читали лекції і вели лабораторні роботи з «Фізики напівпровідникових приладів», «Технології і матеріалів мікроелектроніки», «Фізико-хімічних основ мікроелектроніки»).

В 1989 р. на базі ІМ АН УРСР почала свою роботу філія кафедри з високотемпературної надпровідності (ВТНП). Студенти філії вивчали курси «Надпровідникова електроніка» (проф. Є. М. Руденко), «Експериментальна фізика» (проф. В. М. Пан), «Теорія СП» (проф. Є. А. Пашицький), «Кристалохімія» (проф. В. С. Мельников).

У 1991 р. до складу кафедрі ввійшла група по забезпеченню перепідготовки фахівців з вищою освітою на спецфакультеті з функціональної електроніки та високотемпературної надпровідності, що мала на меті перепідготовку фахівців конструкторів та експлуатаційників сучасної складної медичної апаратури, зокрема, з магнітної томографії. В 1995 р. на базі цього напряму було організовано кафедру медичної радіофізики.