Основные направления научной деятельности в ТГУ: диагностика разрушения материалов в изделиях и конструкциях, физическое материаловедение и физика твердых тел, наноматериалы (технологии создания и исследования), устойчивость глобальных энергосистем, технология сварки, пайки и сопутствующие процессы, технологии машиностроения, включая технологии проектирования и быстрого прототипирования, автоматизация и системы измерения, инжиниринг поверхностей и создание функциональных покрытий, основы гражданского и уголовного права, социология городского и регионального развития, теория и методика профессионального образования, дошкольная психология и педагогика, медицинская химия, разработка новых материалов на основе поле ненасыщенных органических соединений.
Создано: 14 научно-образовательных центров, инновационно-технологический парк, региональный проектный офис инжиниринга и распределенный инжиниринговый центр, 5 научно-исследовательских лабораторий, центр технологического сервиса инновационных проектов, научно-аналитический центр физико-химических и экологических исследований.
