Для кафедральных исследований традиционно характерен широкий спектр тем в актуальных областях микробиологии с использованием современных теоретических и экспериментальных подходов. Логическое единство тематики определяется общим характером объектов (бактерии, одноклеточные водоросли, протисты и вирусы), а также их общей экологической нишей (в данном случае это пресноводные экосистемы). В соответствии с современной стратегией и тенденциями развития биологии особое внимание уделяется молекулярно-генетическим аспектам разнообразия, численности, распространения и симбиотических отношений.

Кафедральные исследования традиционно связаны с прокариотами. В настоящее время на базе кафедры и лаборатории микробиологии (рук. проф. А.В. Пиневич) изучаются цианобактерии, адаптированные к использованию дальнего красного света с помощью особых хлорофиллов d и f. В лаборатории микробиологии также анализируется таксономическое разнообразие цианобактерий, обитающих в антарктических биотопах (н.с. Н.В. Величко). Проблемой биосинтеза бактериальной целлюлозы занимается доц. А.В. Мигунова на базе кафедры.

Эукариотические микроорганизмы, другой объект микробиологии, исследуются на базе лаборатории адаптации микроорганизмов (рук. проф. Е.В. Ермилова). Среди изучаемых проблем - регуляторные механизмы, транспортные системы и экологические стрессы одноклеточных зеленых водорослей. В свою очередь, доц. А.В. Мигунова анализирует на базе кафедры симбиотические системы с участием протистов, одноклеточных зеленых водорослей и фитовирусов.