Наукові дослідження спрямовуються на пріоритетні фундаментальні і прикладні проблеми, підтримуються наукові школи, що сформувано в університеті. Створюються міжкафедральні та міжфакультетські наукові колективи, для здійснення комплексних наукових розробок, продовжується плідне співробітництво з науковими інститутами Національної академії наук України, галузевими науково-дослідними інститутами.

П’ять об’єктів університету включено до переліку наукових об’єктів, що становлять національне надбання України. Обсяг коштів, виділених на підтримку цих об’єктів, склав 905,39 тис. грн. У 2016 році вченими університету видано 76 монографій (з них 14 за кордоном), 33 випуски «Вісника ХНУ імені В. Н. Каразіна», 42 збірники наукових праць, 4492 статті та тез доповідей, з них 1002 — у зарубіжних виданнях (408 з них розміщені в наукометричній базі даних Scopus станом на 5 грудня 2016 року), отримано 32 патенти, на 18 з них університет має права власності, подано 28 заявок на винаходи. Університет посідає друге місце серед університетів України за показниками наукометричної бази даних Scopus: індекс Ґірша — 57, кількість публікацій — 8077, кількість цитувань — 35148. У 2016 році на базі університету було проведено 152 наукових конференцій, з них 69 — міжнародні.