Научные исследования в Донецком национальном университете осуществляются научно-исследовательскими группами кафедр и штатными научными сотрудниками структурных подразделений научно-исследовательской части (НИЧ) ДонНУ.

В структурные подразделения ДонНУ, осуществляющие научные исследования и подготовку научных кадров высшей квалификации, входят:
• научно-исследовательская часть;
• отдел аспирантуры и докторантуры;
• Научно-образовательный центр «Конвергенция нано-, био- и инфотехнологий для сбалансированного регионального развития» (НОЦ «НБИ-конвергенция»);
• Центр трансфера технологий НОЦ «НБИ-конвергенция»;
• Центр коллективного пользования научным оборудованием НОЦ «НБИ-конвергенция»;
• Учебно-научный институт «Экономическая кибернетика»;
• Научно-исследовательский институт проблем экономической динамики;
• Специальное конструкторско-технологическое бюро «Турбулентность»;
• Научно-исследовательский отдел «Физика магнитных явлений и высокотемпературная полупроводимость» НИЧ;
• 13 учебно-исследовательских лабораторий;
• Научно-исследовательский Центр теоретической, прикладной и компьютерной лингвистики;
• Лаборатория по методическому обеспечению междисциплинарного обучения и стажировок;

Научные исследования в университете ведутся по направлениям:
1. Теория функций и функциональный анализ.
2. Механика деформированного твердого тела.
3. Нанофизика и нанотехнологии.
4. Развитие химических знаний о веществах и процессах.
5. Исторические науки.
6. Языкознание.
7. Экономические науки.
8. Культура народов Донбасса.
9. Информационные и коммуникационные технологии.
10. Энергетика и энергоэффективность.
11. Рациональное природопользование.
12. Новые вещества и материалы.

В Донецком национальном университете многое делается для развития студенческой науки. Студентов университета, активно занимающихся научно­исследовательской работой объединяет общественная организация Студенческое научное общество (СНО). Его цель содействовать развитию научного творчества молодёжи, повышать качество подготовки специалистов, формировать резерв научных и научно-педагогических кадров.