Pracownicy Katedry prowadzą badania z zakresu fizyki molekularnej i chemii kwantowej, tworząc narzędzia usprawniające obliczenia właściwości elektrycznych i optycznych cząsteczek i kompleksów. W Katedrze są prowadzone również badania w zakresie fizyki i astrofizyki ośrodka międzygwiazdowego, w oparciu o dostępne metody spektroskopowe i fotometryczne, w obszarze od podczerwieni po ultrafioletowy zakres widma. Badane są w ten sposób właściwości fizyczne samych obłoków międzygwiazdowych, jak i atomów i molekuł wchodzących w ich skład.

Dr hab. Tomasz Weselak prof. uczelni od momentu zatrudnienia w październiku 2003 roku był kierownikiem dwóch uczelnianych grantów badawczych oraz współwykonawcą dwóch pozauczelnianych grantów z ramienia Narodowego Centrum Nauki i MNiSW.

Udało się w ten sposób wypracować podstawy precyzyjnego określania parametrów fizycznych prostych cząsteczek wchodzących w skład obłoków międzygwiazdowych.

Współpraca międzynarodowa w tym okresie obejmowała następujące ośrodki badawcze: Universidad Catolica del Norte, Antafogasta (Chile), Institute of Astronomy of the Russian AS (Rosja), Korea University of Science and Technology, Daejeon (Korea Płd.).

Dr hab. Angelika Baranowska-Łączkowska, prof. uczelni, od momentu zatrudnienia w Uniwersytecie Kazimierza Wielkiego w październiku 2009 r., była kierownikiem czterech grantów badawczych, w tym dwóch projektów finansowanych przez Fundację na  rzecz Nauki Polskiej, jednego grantu MNiSW oraz jednego grantu własnego KBN. Na liście jednostek naukowych, z którymi współpracowała prof. Baranowska-Łączkowska, znajdują się m.in. Universidad de Santiago de Compostela (Hiszpania), Technical University of Denmark (Dania), Consiglio Nazionale delle Ricerche (Włochy), Virginia Tech (Stany Zjednoczone), Politechnika Wrocławska i Uniwersytet Mikołaja Kopernika.

Dr Maciej Kosicki jest kierownikiem grantu badawczego zatytułowanego „Nowe sposoby produkcji i kontroli ultrazimnych cząsteczek wieloatomowych” finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu Sonatina 4. Dr Kosicki prowadzi badania obejmujące poszukiwania możliwości kontroli parametrów zderzeniowych oraz ich nowych zastosowań w domenie ultrazimnych układów atomowych i molekularnych oraz poszukiwania nowych klas układów molekularnych, których niskoenergetyczne zderzenia mogą być kontrolowane z udziałem pól zewnętrznych. Do celów precyzyjnych badań struktury elektronowej układów wieloatomowych wykorzystuje metody ab initio.