Обучение в магистратуре сопровождается серьезной исследовательской работой и публикацией научных статей под руководством опытных и квалифицированных ученых, области научных исследований, в рамках которой формулируются темы магистерских диссертаций, включает в себя следующие направления:

• Резонансные свойства твердых тел (ЭПР и ЯМР, оптические спектры ионных кристаллов, электрон-фононные и обменные взаимодействия, кристаллическое поле и спиновая релаксация в кристаллах)
• Сильнокоррелированные системы (сверхпроводники и магнетики, в том числе, системы с необычной сверхпроводимостью и фрустрированным магнетизмом, жидкий гелий в состоянии свехтекучести)
• Наносистемы и спинтроника (магнитные и кинетические явления в наноструктурах и низкоразмерных системах (пленках, мультислоях, контактах, квазидвумерных структурах), супрамолекулярные соединения, магнитные кластеры)
• Исследование перспективных материалов и свойств (лазерные материалы; локальные деформации, колебательные спектры, структурные фазовые переходы в кристаллах; нестационарные явления в твердых телах с парамагнитными центрами, взаимодействие электромагнитного излучения с веществом, свойства вещества при сверхнизких температурах, диэлектрическая релаксация и явления в самоподобных системах (с фрактальной структурой), квантовые компьютеры и вычисления, полимерные и высокомолекулярные соединения)
• Развитие методов математической физики, численные методы, компьютерное моделирование (неравновесная термодинамика, статистическая физика, статистическая обработка экспериментальных данных, моделирование физических процессов в конденсированных средах и гравитационной физики)
• Эволюция и крупномасштабная структура Вселенной в модифицированных теориях гравитации (модели с неминимальным взаимодействием материальных полей с кривизной, модели Гаусса-Бонне, Хорндески, теории с аксионными полями и т.д.: построение и анализ точных космологических решений, анизотропные модели, космологические возмущения, инфляция и ускоренная фаза расширения Вселенной, космологические модели как динамические системы, модели темной материи и темной энергии, гравитационные волны)
• Релятивистская астрофизика (модели нейтронных звезд, черных дыр, кротовых нор в модифицированных теориях гравитации, проблема устойчивости)
• Теория супергравитации и суперсимметрии. Многомерные теории гравитации
• Квантовая теория поля в искривленном пространстве-времени
• Моделирование динамических процессов в конденсированных средах (квантово-механическое (ab-initio) моделирование атомарной/молекулярной динамики; моделирование классической динамики (ньютоновской, ланжевеновской, стохастической) и гидродинамики; моделирование Монте-Карло; теоретическое описание динамических процессов и структурных свойств в неупорядоченных конденсированных средах (жидкости, аморфные системы, квазикристаллы, растворы, полимеры и т.д.); моделирование фазовых переходов и критических явлений; численные исследования влияния внешних воздействий на микроскопические свойства конденсированных систем; конструирование эффективных потенциалов межатомного и межмолекулярного взаимодействия; разработка новых методов моделирования физических процессов (гибридные методы, мезоскопическая динамика).
• Исследование сложных негамильтоновых систем методами современной статистической и вычислительной физики (анализ сложных систем; флуктуации и шумы в динамике сложных систем; алгоритмы по распознаванию образов; эффекты статистической памяти в сложных системах).