Руководителем лаборатории теоретической ядерной физики является профессор Константин Александрович Гриднев. Основные направления исследований - теория ядерных реакций, квантовая теория рассеяния, ряд проблем теории структуры ядра, ядерные реакции с тяжелыми ионами. Последнее направление включает в себя такие перспективные области исследований как кластеризация и ядерные квазимолекулярные состояния, нелинейные эффекты при взаимодействии тяжелых ионов.

Профессор К.А. Гриднев совместно с другим сотрудником кафедры - профессором Л.В. Красновым - был пионером применения метода искаженных волн к исследованию ядра (метод искаженных волн - метод расчета амплитуд ядерных реакций, позволяющий получить информацию о структуре взаимодействующих фрагментов). В последующие годы метод был применён к исследованию -кластерных состояний в "легких тяжелых ионах". В связи с тем, что -кластерные состояния являются резонансами, применение метода потребовало его модернизации, которая была выполнена кандидатом физ.-мат.наук В.М Семеновым. Данное направление исследований может быть весьма актуальным в связи с его возможным применением к изучению структуры так называемых экзотических ядер (состояний легких ядер с аномально большим числом нейтронов).

Другим направлением деятельности лаборатории является описание взаимодействия тяжелых ионов в рамках потенциального подхода (профессор К.А. Гриднев, доктор ф.-м.н. В.Б.Субботин, старший научный сотрудник С.Н.Фадеев). Для дифференциальных сечений упругого рассеяния "легких тяжелых" ионов характерно явление "ядерной радуги" (типичный пример - рассеяние 16О + 16О при энергии 10-30 МэВ на нуклон). Так как поведение амплитуды рассеяния в области "ядерной радуги" весьма чувствительно к деталям ядерного потенциала, то считается, что описание радужного рассеяния может устранить неоднозначности в определении потенциала взаимодействия тяжелых ионов. Успехи, достигнутые к настоящему времени в описании "ядерной радуги", позволили даже поставить вопрос о возможности извлечения из экспериментов по рассеянию такой фундаментальной величины как как коэффициент сжимаемости холодной ядерной материи.

Важным направлением деятельности лаборатории является применение нелинейных уравнений к описанию взаимодействия составных ядерных частиц. Инициатором работ в этом направлении является профессор К.А.Гриднев.

В рамках теории структуры ядра проводятся исследования на основе формализма квантовых функций Грина. В рамках этого подхода старшим научным сотрудником В.И.Целяевым разработаны метод хронологического расщепления диаграмм и нечетное приближение случайных фаз, успешно применяющиеся для описания ядерных возбуждений при низких и средних энергиях.