Научные интересы К.В. Балакина связаны с разработкой лекарственных и шире - физиологически активных соединений, а также комплементарными дисциплинами - органической химией, медицинской химией, хемоинформатикой, молекулярными моделированием, биотехнологией, фармакологией. К.В. Балакин также профессионально занимается подготовкой научных публикаций по широкому кругу тем, относящихся к разработке лекарств и биомедицинским проблемам.