Методологическую основу научных исследований, проводимых на кафедре, составляют системный подход и синергетический анализ. Направления научных исследований:

• системный подход в управлении технологическими процессами и организационно-экономическими системами и интеллектуальный анализ данных;
• проектирование и эксплуатация интегрированных автоматизированных информационных управляющих систем
• научно-методические основы АСДУ (Автоматизированные Системы Диспетчерского Управления);
• разработка комплексов моделирования и оптимизации в трубопроводных системах транспорта нефти и газа;
• создание компьютерных тренажеров для повышения квалификации диспетчерского персонала в нефтегазовой отрасли;
• цифровое месторождение и управление по замкнутому контуру процессами добычи углеводородов;
• синергетический анализ процессов нефтегазового производства;
• модели, методы и технологии построения корпоративных информационных систем (как для предприятий нефтегазовой отрасли, так для управления вузом);
• системы принятия решений (на основе технологий искусственного интеллекта) для задач планирования и управления в нефтегазовой отрасли;
• оценка качества и сертификация автоматизированных информационных систем;
• информационная безопасность и др.

На протяжении последних 30 лет научные исследования на кафедре были сконцентрированы на решения двух основных проблем: разработка компьютерных диспетчерских тренажеров и создании и развитие подсистемы "Учебный процесс КИС управления университетом". В лаборатории компьютерных информационных систем под руководством профессора С.А.Сарданашвили были разработаны тренажеры и компьютерные комплексы диспетчерского управления. Работа в этом направлении была отмечена Губкинской премией. Программные комплексы регулярно представлялись на выставках. Совместно с ПАО "Газпром" был проведен ряд международных конференций "DISCOM".

В соответствии с рекомендациями научно-экспертного совета при рабочей группе Совета Федерации по мониторингу реализации законодательства в области энергетики, энергосбережения и повышения энергетической эффективности в 2020 году при кафедре был создан Центр системных исследований единой системы газоснабжения (ЦСИ ЕСГ). Научное руководство центром осуществляет профессор кафедры АСУ Д.Г. Леонов.

Научно-методическая деятельность осуществляется в рамках семинара «Системные основы цифровой экономики нефтегазового производства».