半導體工程系的研究領域主要分為兩大方向：

1. 半導體元件與製程：涵蓋的主題包括半導體磊晶成長技術、半導體光電元件、奈米生醫感測元件、發光二極體（LED）、半導體製程技術、半導體材料的電性、光性與化性量測分析、光電半導體元件應用電路設計與製作、金氧半導體元件製程與分析、化合物半導體、太陽能電池、半導體元件模擬、光電元件開發、半導體元件物理與製程、III-V族化合物半導體磊晶技術、光檢測器、真空鍍膜技術（CVD/PVD）、奈米科技、薄膜工程、高功率脈衝濺鍍技術、奈米金屬氧化物合成等。

2. 積體電路與電子電路系統設計：研究重點包括數位電路設計、微處理機應用、電能轉換電路設計、綠色能源系統、訊號處理、次世代通訊、混合訊號積體電路設計、電源管理積體電路設計、射頻電子電路、微機電系統元件設計、射頻積體電路、毫米波積體電路、半導體積體電路與理論、嵌入式系統、無線通訊、感測器網路等。
    

本系教師與半導體產業界保持緊密合作，每年執行多項產學合作計畫及人才培育計畫。此外，本系每年於6月定期舉辦「微電子技術發展與應用研討會」，該研討會至今已連續舉辦22年，吸引來自微電子、電機、資訊、通訊等相關領域的學術與業界專家參與。