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:
- Хіміко-біологічні аспекти сталого розвитку. Реєстраційний номер 0123U101550 (2023-2025 pp.) (наук. кер. Бабенко О.М.).
- Нозогеографічний моніторинг стану здоров’я населення. Реєстраційний номер 0121U100538 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Корнус О.Г.).
- Річки Сумської області: гідроекологічний моніторинг. Реєстраційний номер 0121U107489 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Данильченко О.С.).
- Фіторізноманіття заповідних об’єктів Сумської області. Реєстраційний номер 0121U107487 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Вакал А.П.).
- Моніторинг стану популяцій тварин об’єктів ПЗФ Сумської області. Реєстраційний номер 0121U109340 (2021–2025 рр.) (наук. кер. Говорун О.В.).
- 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 5 науково-дослідних лабораторій.
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 затверджений Вченою радою факультету.