Науково-дослідна робота в педуніверситеті проводиться з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки. Так, на кафедрі фізики розробляються нові технології цілеспрямованого керування еволюцією структури конструкційних матеріалів з метою підвищення комплексу їх фізико-механічних властивостей (науковий керівник - доктор фізико-математичних наук, професор Зузяк П.М.).

На кафедрі природничих наук працюють над вивченням наукових основ та розробкою процесів одержання фосфору, фосфоровмісних продуктів, добрив і матеріалів при переробці фосфоритів Волинського та Подільського родовищ (науковий керівник - доктор технічних наук, професор Крикливий Д.І.). Ці дослідження захищені патентами і є актуальними.

Ряд важливих результатів з фундаментальних досліджень в галузі математики одержано під керівництвом. професора Абрамчука В.С. та доцента Сохацького Ф.М.

Спільно з Академією педагогічних наук України плідно працює наукова школа з проблем нового змісту освіти та методики навчання і виховання у ВНЗ та школі (науковий керівник - доктор педагогічних наук, професор Сметанський М.І.). Результати теоретичного дослідження апробовані у школах декількох районів Вінницької області, отримали високу оцінку серед педагогічних працівників.

Впродовж багатьох років у педуніверситеті досліджуються проблеми, пов'язані з використанням у навчальному процесі сучасних засобів обчислювальної техніки. Так, на педагогічно-індустріальному факультеті працюють над теоретико-методологічним і науково-методичним обгрунтуванням концептуальних основ державного стандарту освіти в галузі підготовки кваліфікованих робітників у ПТУ на основі використання комп'ютерної техніки (науковий керівник - доктор педагогічних наук, професор Гуревич Р.С.). На кафедрі української мови досліджують теоретико-методичні основи розробки та впровадження сучасних інформаційних технологій при вивченні української мови у вузі (науковий керівник - доктор філологічних наук, професор Іваницька Н.Л.).

Вагомі результати отримані від створеної у Вінницькому державному педагогічному університеті спільно з Інститутом педагогіки і психології професійної освіти АПН України науково-дослідної лабораторії з проблем впровадження нових інформаційних технологій у навчально-виховний процес (на базі експериментального педагогічного майданчика ВПУ-4). Науковий керівник - проф. Гуревич Р.С., науковий консультант - проф. Шунда Н.М.

Спільно з Національним університетом фізичної культури і спорту та Національним Олімпійським Комітетом України розпочата робота щодо медичного забезпечення олімпійських збірних України з ігрових видів спорту (одним із провідних наукових співробітників цього проекту є проф. Бєлканія Г.С.). Аналогічні дослідження проводяться на замовлення Національного Олімпійського Комітету Польщі.