Кафедра теплофизики создана в 1963 г. профессором В.А. Федосеевым, который одновременно являлся научным руководителем Проблемной научно - исследовательской лаборатории аэродисперсных систем (зав. лаб. Е.В. Гернет). Научная школа, возглавляемая В.А. Федосеевым, осуществляла фундаментальные и прикладные исследования в области высоко- и низкотемпературных процессов тепломассообмена, конденсации, испарении и химических реакциях в аэродисперсных системах. Одновременно велся большой цикл исследовательских работ по горению частиц металлов в различных средах, пиротехнических составов, капель жидких топлив и диспергированного угля (Г.А Мохов, К.В. Романов, В.И. Глухов, А.П. Гребенникова, С.М. Контуш, М.Н. Чесноков, В.В. Калинчак). Применение гигроскопических веществ для воздействия на “теплые” облака и туманы, использование поверхностно - активных веществ для предупреждения появления радиоактивных туманов, внедрение метода “треков” для оценки качества диспергированного угля, поступающего в топки современных крупных электростанций - таковы основные практические применения фундаментальных исследований сотрудников кафедры и лаборатории (В.А. Федосеев, Е.В. Гернет, В.А Шустов, Г.А. Мохов, К.В. Романов, В.И. Глухов, И.Н. Григоренко, С.М. Контуш, А.И. Полянский).
В 80-х формируется одно из основных направлений кафедры, связанное с проблемами низкотемпературной плазмы с конденсированной дисперсной фазой (профессор М.Н. Чесноков - зав. кафедрой с 1979 года, декан физического факультета в 1975 - 1981), которое привело к созданию подсекции в Научном совете по низкотемпературной плазме АН СССР с участием сотрудников кафедры (М.Н. Чесноков, Г.С. Драган). Профессор С.М. Контуш становится научным руководителем Проблемной лаборатории (зав. лаб. И.Н. Григоренко). Проводятся работы по электрофизическим и теплофизическим процессам при фазовых и химических превращениях в высоко- и низкотемпературных аэрозолях (М.Н. Чесноков, С.М. Контуш, В.В. Калинчак, Н.Х. Копыт, А.В. Суслов), внедряются струйные методы с использованием монодисперсного аэрозоля (К.В. Романов, Г.Н. Липатов, С.В. Лопатенко). Ведутся исследования объемной конденсации оксидов, теплофизических и химических свойств продуктов сгорания металлизированных топлив (М.Н. Чесноков, И.Н. Григоренко, В.И. Маренков), исследуются тепло- и электрофизические характеристики плазмы продуктов сгорания металлизированных композиций (Чесноков М.Н., Драган Г.С., Маргащук С.В., Вишняков В.И., Соколов Ю.В.). Изучаются процессы фазовых переходов в “теплых” облаках и туманах (В.А Ершов, К.В. Романов, В.А. Шустов).
Наибольших успехов коллектив кафедры теплофизики и проблемной лаборатории добился в конце 80-х годов (зав. каф. проф. М.Н. Чесноков, зав. лаб. проф. Н.Х. Копыт). Создан ряд проблемных групп, студенческое конструкторское бюро “Теплофизика”. Проводятся теоретические и экспериментальные исследования процессов распространения пламени в открытых дисперсных системах, испарения и горения капель растворов (В.В. Калинчак, Н.Х. Копыт), термодиффузиофореза, аспирации и седиментации аэрозолей (С.М. Контуш, Г.Н. Липатов).
В 1996 году заведующим кафедрой становится профессор В.В. Калинчак. Углубляются исследования механизмов взаимовлияния процессов тепломассообмена, фазовых и химических превращений в дисперсных системах. Выявляется роль излучения, стефановского течения, внутреннего реагирования в процессах осуществления высоко- и низкотемпературных режимов, гистерезиса тепломассообмена и кинетики химических реакций частиц и капель с газами. Исследуется механизм самопроизвольного перехода частиц и капель с высокотемпературных режимов тепломассообмена на низкотемпературные. Широко внедряются методы моделирования на ЭВМ процессов тепломассообмена и плазменных явлений в дисперсных системах (В.И. Маренков, С.Г. Орловская). Проводятся исследования теплофизических и физико-химических явлений взаимодействия лазерного излучения с веществом (М.Н. Чесноков, В.В. Калинчак, С.Г. Орловская, Л.И. Рябчук), изучается влияние электрического поля на кинетику испарения капель растворов. Иссле r дуются устойчивые и критические режимы тепломассообмена твердых тел с газами при протекании адсорбционных, коррозийных, гетерогенно - каталитических явлений с целью разработки ресурсо- и энергосберегающих технологий (В.В. Калинчак, С.Г. Орловская). Проводятся работы по исследованию и разработке эффективных аэрозолеобразующих составов для тушения пожаров и средств дымоподавления (В.В. Калинчак, Н.Х. Копыт, Ф.Ф. Каримова, В.А. Салов). Ведётся работа по применению электрогидродинамических и аэрозольных методов для изготовления тонких полупроводниковых пленок (Г.Н. Липатов, Е.А. Чернова, В.М. Таволжанский). Исследования высокотемпературных процессов тепломассообмена, электропереноса, фазовых и химических превращений в дисперсных системах поддержаны Международным фондом “Відродження” в рамках Соросовской программы ISSEP (Н.Х. Копыт, М.Н. Чесноков, В.В. Калинчак, асп. Ю.В. Прудникова, асп. В.И. Садковский, ст.О.Н. Коропатов, А.В. Евдокимов). Так же получены 4 индивидуальных гранта Сороса сотрудниками ПНИЛ-1: Колпаков А.В.(1993), Чернова Е.А. (1993), Трунов М.А. (1994), Суслов А.В.(1994). В 1998 году гранты Соросовских профессоров получают доценты кафедры теплофизики Г.Н. Липатов, В.И. Маренков.
Научную работу преподаватели и студенты кафедры выполняют в Проблемной научно-исследовательской лаборатории Физика аэродисперсных систем (зав. лаб. проф. Н.Х. Копыт) и научно - исследовательской лаборатории “Высокотемпературные и плазменные процессы в дисперсных системах” (зав. лаб. доцент С.Г. Орловская). Кафедрой теплофизики совместно с кафедрой общей и химической физики издается сборник научных трудов “Физика аэродисперсных систем”. Труды коллектива кафедры теплофизики и научно - исследовательских лабораторий аэрозолей и плазменных явлений в дисперсных системах оценены по достоинству в странах ближнего и дальнего зарубежья, послужили базой для проведения международных конференций по проблемам испарения, горения и газовой динамики аэродисперсных систем.