Науково-дослідна робота є невід’ємною складовою діяльності природничо-географічного факультету та підготовки на його базі висококваліфікованих фахівців. На факультеті вона реалізується через систему різних форм дослідницької діяльності.

Наукові дослідження на кафедрах факультету здійснюються у рамках колективних та індивідуальних науково-дослідних тем. Серед них 6 тем мають номер державної реєстрації:

1. Хіміко-біологічні аспекти сталого розвитку. Реєстраційний номер 0123U101550 (2023-2025 pp.) (наук. кер. Бабенко О.М.).

2. Нозогеографічний моніторинг стану здоров’я населення. Реєстраційний номер 0121U100538 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Корнус О.Г.).

3. Річки Сумської області: гідроекологічний моніторинг. Реєстраційний номер 0121U107489 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Данильченко О.С.).

4. Фіторізноманіття заповідних об’єктів Сумської області. Реєстраційний номер 0121U107487 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Вакал А.П.).

5. Моніторинг стану популяцій тварин об’єктів ПЗФ Сумської області. Реєстраційний номер 0121U109340 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Говорун О.В.).

6. Методологічні засади формування професійних компетентностей майбутніх вчителів біології, географії та хімії. Реєстраційний номер 0121U109984 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Генкал С.Е.).

На кафедрах факультету функціонують 2 науково-дослідні лабораторії.

Високий науковий потенціал кафедр факультету дозволяє співпрацювати з провідними вищими навчальними закладами та науковими установами НАН України та НАПН України, природоохоронним установами, регіональними науково-дослідними центрами тощо. Спільні наукові дослідження проводяться в рамках понад 20 укладених договорів про науково-педагогічну та наукову співпрацю.

Результати досліджень викладачів факультету щорічно доповідаються на Всеукраїнських та Міжнародних наукових конференціях і семінарах, публікуються у наукових монографіях, статтях наукових періодичних видань, у тому числі фахових і таких, що індексуються наукометричними базами Scopus, Web of Science, Copernicus та ін. Результати науково-дослідницької роботи демонструються на профільних заходах, таких, як обласний науковий форум до Днів науки та ін. 

Факультет видає власні періодичні наукові видання: фахове видання України категорії Б "Слобожанський науковий вісник. Серія природничі науки" (pISSN 2794-4864 eISSN 2786-8125) та "Наукові записки Сумського державного педагогічного університету імені А.С. Макаренка. Географічні науки" (pISSN 2413-8800, eISSN 2524-2598).

Високий рівень наукової діяльності викладачів, відповідна лабораторна і науково-методична база дають можливість залучити студентів до активної наукової творчості. Зацікавлені студенти залучаються до роботи у студентських наукових гуртках і проблемних групах, а також до виконання колективних наукових проектів; беруть участь у Всеукраїнських конкурсах студентських наукових робіт та олімпіадах з фахових дисциплін. Талановиті юні науковці факультету є членами суспільної організації «Наукове студентське товариство Сумського державного педагогічного університету ім. А.С. Макаренка», яка активно працює на факультеті. Серед студентів факультету є переможці і призери Всеукраїнських студентських наукових конкурсів, предметних олімпіад.

Якісна професійна підготовка у поєднанні із подвійною спеціальністю суттєво підвищують конкурентоздатність випускників природничо-географічного факультету на ринку праці. Кращим випускникам магістратури кафедри надають рекомендації для вступу до аспірантури як нашого університету, так і до аспірантур інших університетів чи наукових установ системи НАН України. На факультеті здійснюється підготовка аспірантів та докторантів за спеціальністю 091 Біологія (спеціалізації: Фізіологія людини та тварин; патологічна фізіологія).

Для більш активного залучення студентів, молодих науковців та викладачів до наукової діяльності природничо-географічний факультет започаткував наукові конференції, які періодично проводяться на його базі: Міжнародні наукові конференції «Актуальні проблеми дослідження довкілля» та «Сьогодення біологічної науки», Всеукраїнські наукові конференції «Сумські наукові географічні читання» й «Освітні та наукові виміри природничих наук», а також Всеукраїнські наукові конференції студентів та молодих учених «Теоретичні та прикладні аспекти досліджень з біології, географії та хімії» й конференцію-конкурс «Молодь. Наука. Природа».

План наукової роботи природничо-географічного факультету на 2024-25 навч. рік затверджений Вченою радою факультету.