Научно-исследовательская работа на кафедре проводится в соответствии с «Концепции развития науки КазНУ им. аль-Фараби» и со стратегией факультета географии и природопользования и базируется на углублении интеграции учебного процесса с научными исследованиями на основе эффективного использованиями возможностей новейших инновационых технологий исследования.

ППС кафедры метеорологии и гидрологии успешно проводят научно-исследовательскую работу в области изучения водных объектов - формирование их режима, математическое моделирование процессов протекающих в них, прогноз опасных явлений (половодье, паводки и другие), расчеты гидрологических характеристик при хозяйственном использовании водных объектов, экологическое состояние водоемов.

Основные направления научной деятельности кафедры метеорологии и гидрологии:

в области гидрологии

- гидрология горных территорий Казахстана;

- гидрологические проблемы внутриконтинентальных котловин;

- трансграничные проблемы Республики Казахстан;

- гидроэкологические проблемы Республики Казахстан;

- оценка и прогноз водных ресурсов РК.

в области метеорологии

- пространственно-временные закономерности изменения климатического потенциала загрязнения атмосферы в различные сезоны года;

- особенности циркуляции атмосферы и распределения средней месячной температуры и осадков на юге Казахстана;

- климатические особенности режима осадков в Казахстане;

- изучение особенностей формирования туманов, гроз, града в различных районах Казахстана;

- возможности использования энергия солнца и ветра в Казахстане;

- изменчивость агроклиматических ресурсов Казахстана в условиях глобального потепления климата;

- рекреационные оценки климата городов Казахстана.

Научные разработки кафедры используются студентами, магистрантами, PhD-докторантами. Полученные результаты научных исследований используются в учебной практике, разработанные учебные курсы и программы применяются в качестве учебного материала для обучения студентов.