Помимо учебного процесса на кафедре всегда велась активная научная работа по разным направлениям механики.

Основатель кафедры Николай Егорович Жуковский оставил глубокий след  в фундаментальных  исследованиях по аэро- и гидромеханике, механике твёрдого тела, теории удара. Наиболее известные его научные работы:
 - вычисление подъёмной силы крыла;
 - описание сопротивления обтекаемого профиля в потоке газа и жидкости;
 - расчёт гидроудара в трубопроводах;
 - описание движения твёрдого тела, имеющего полости, наполненные однородной капельной жидкостью.

Отличительной чертой всех исследований великого ученого является неразрывная связь открытых им фундаментальных законов с прикладными задачами, конкретными расчётами процессов, разработками технических устройств и механизмов. Кроме того, многие новые задачи включались в читаемые профессором Н.Е. Жуковским учебные курсы для студентов Императорского московского технического училища и Московского государственного университета. Используемая в выводах строгость математических решений, опирающихся на физический эксперимент, сочеталась с наглядной интерпретацией результатов на основе упрощенных моделей явлений, отражающих их физическую суть. Эти традиции поддерживаются в течение всего времени существования кафедры.

Сотрудниками кафедры в настоящее время рассматриваются задачи следующих научных направлений:

 - динамика твёрдого тела;
 - теория колебаний;
 - теория удара;
 - небесная механика;
 - механика космического полёта;
 - математическое моделирование и оптимизация систем;
 - диагностирование механических и гидромеханических систем;
 - упругость и гидроупругость систем;
 - гидродинамика однородных и двухфазных потоков, искусственной кавитации;
 - сухое трение;
 - механика и управление роботами.

Развивается и ряд других направлений исследований. Большая часть их проводится в рамках тематики ведущей научной школы по динамике механических и гидромеханических систем, которую много лет возглавлял академик Константин Сергеевич Колесников (1919-2016).

 Выступление академика К.С. Колесникова на научном семинаре (1970-е годы)

С середины 60-х годов ХХ века на кафедре развивается направление научных исследований по теме «Динамика ракет и космических аппаратов»,  которое являлось основным и ведущим для кафедры в течение последних 50 лет. Научный задел по данной тематике создан основополагающими трудами академика К.С. Колесникова, обобщенными в монографиях, и получившими развитие в работах его учеников. До 2012 года он был председателем диссертационного совета по динамике и прочности, а учёными секретарями последовательно работали преподаватели кафедры: А.А. Пожалостин, В.В. Дубинин, В.И. Дронг и последнее время – А.Ю. Карпачёв. Техническим секретарем диссертационного совета с 1972 года являлась Г.И.  Куркова.           

Монографии К.С. Колесникова по ракетно-космической тематике

Помимо штатных сотрудников кафедры, совместителей и аспирантов в научных исследованиях участвуют студенты младших и старших курсов. Не случайно на обложках первых изданий кафедрального учебника по теоретической механике, по которому обучались многие студенты‑бауманцы, изображены ракета и траектории полета искусственных спутников Земли. Результаты значительной части научно-исследовательских работ внедряются в учебный процесс,  включаются в спецкурсы, реализуются в лабораторных приборах и установках для научных и учебных исследований.

Учебные пособия, изданные в последнее время профессорами кафедры

На кафедре сохраняются и поддерживаются научные связи с родственными кафедрами МГТУ им. Н.Э. Баумана и других университетов, научно-исследовательским институтами РАН и научно-производственными объединениями.

На кафедре работают преподавателями-совместителями учёные из ИПМ им. А.Ю. Ишлинского РАН, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН,  а преподаватели кафедры участвуют в исследованиях этих и других организаций в рамках проектов РФФИ, РНФ, ФЦП и по личной инициативе.

Сотрудники кафедры активно участвуют в Международных и Всероссийских научных конференциях, семинарах и съездах механиков.