Основным научным направлением отдела является исследование механизмов образования и эволюции радиационных дефектов в процессе и после облучения (в частности, при послерадиационном отжиге), на атомно-масштабном уровне.

Важнейшей информацией о таких эффектах являются данные о химической природе каждого из наблюдаемых атомов, а также о микроскопическом состоянии материалов во взаимосвязи со спектром и параметрами присутствующих дефектов.

Отдельным направлением можно выделить применение метода позитронной спектроскопии в области радиационной физики и химии радиационных сред, который основан на изучении особенностей процессов аннигиляции позитронов в исследуемых средах. Применение позитронной спектроскопии в физике и химии конденсированных сред позволяет получать богатую, а зачастую уникальную информацию. Кроме того, позитронная спектроскопия относится к методам неразрушающего контроля и исследования слоистых структур и поверхности твердого тела.

Опытно-экспериментальной база отдела включает в себя следующее экспериментальное оборудование:

• Автоионные микроскопы оригинальной конструкции
• Атомный зонд оригинальной конструкции
• Оптический томографический атомный зонд (производство фирмы CAMECA, единственный на территории стран СНГ)
• Сканирующие зондовые микроскопы оригинальной конструкции. Адаптированы к работе с «активными» материалами
• Сканирующий зондовый микроскоп фирмы Veeco
• Ионная пушка оригинальной конструкции с дуговым источником, совмещаемая с действующим автоионным микроскопом, позволяет проводить уникальные эксперименты по АИМ-анализам в процессе облучения образцов ионами