پژوهش در مهندسی هسته‌ای به برخی از چالش‌برانگیزترین مسائل علمی و فناورانه جامعه امروز می‌پردازد؛ از تولید ایمن و کارآمد انرژی تا کاربردهای پیشرفته پزشکی و صنعتی پرتوها. در دانشکده فیزیک و مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، پژوهش‌های مهندسی هسته‌ای ماهیتی میان‌رشته‌ای دارد و فیزیک بنیادی را با مهندسی کاربردی تلفیق می‌کند. این پژوهش‌ها حوزه‌هایی همچون پرتوپزشکی و کاربرد پرتوها، تحلیل راکتورهای هسته‌ای و ترموهیدرولیک، آشکارسازی و اندازه‌گیری پرتو، شتاب‌دهنده‌های ذرات، و فناوری‌های گداخت هسته‌ای و پلاسما را در بر می‌گیرد.
اعضای هیات علمی و دانشجویان در حوزه‌های توسعه روش‌های تشخیصی و درمانی مبتنی بر پرتو، مدل‌سازی و شبیه‌سازی سامانه‌های هسته‌ای، فیزیک بهداشت و دزیمتری، طراحی و ساخت شتابگرهای ذرات باردار، شبیه‌سازی و ساخت آشکارسازهای هسته‌ای نوین، حفاظ سازی پرتویی، طراحی سیستم‌های هسته‌ای جهت آزمون‌های غیرمخرب و دستگاه‌های پلاسمایی مرتبط با گداخت مانند توکامک فعالیت می‌کنند. با تکیه بر پژوهش‌های آزمایشگاهی و پروژه‌های مشترک، این گروه در پی پیشبرد علم و مهندسی هسته‌ای و نیز کمک به آموزش، نوآوری و بهره‌برداری مسئولانه از فناوری‌های هسته‌ای و پرتویی است.