С учетом стратегических целей университета, прогноза мировых трендов развития и исследовательского потенциала Казанский университет определил следующие приоритетные направления исследований и разработок: биомедицина и фармацевтика; перспективные материалы; нефтедобыча, нефтепереработка, нефтехимия; инфокоммуникационные и космические технологии, а также развитие общества, межкультурные коммуникации и современные образовательные технологии. Развитие направлений осуществляется за счет создания центров превосходства и уникальных лабораторий мирового уровня, открытия Open labs, приглашения ведущих ученых мира, использования грантовой системы финансирования и кооперации с крупными компаниями и научно-образовательными центрами.

Биомедицина и фармацевтика
Создание в 2012 году на базе биологического факультета Института фундаментальной медицины и биологии и начало подготовки специалистов по медицинским специальностям стало важнейшим этапом развития КФУ. Это позволило создать единое научно-образовательное пространство в области биологии и медицины, органично связать знания и навыки, получаемые в вузе, с требованиями, предъявляемыми к специалистам в сфере наукоемкого производства и высокотехнологичной медицинской помощи.
На базе Института фундаментальной медицины созданы и лаборатории Центра трансляционной медицины, который обещает стать прорывом в науке Татарстана. В центре объединены сегменты, бурно развивающиеся сегодня в мире и в КФУ: нейробиология, регенеративная медицина, бионанотехнологии и персонифицированная медицина, структурная биология, проблемы экстремальных состояний и геронтология, фармацевтика.
Ключевые партнеры КФУ: Лондонская школа гигиены и тропической медицины, Омиксный центр РИКЕН (Япония), ИНСЕРМ - Академия медицинских наук (Франция), Университет Экс-Марсель (Франция), ОАО «Институт стволовых клеток человека», Институт физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства (ФМБА России).

Перспективные материалы
Задача университета - проведение фундаментальных исследований и разработка технологий создания новых функциональных материалов на основе квантовых технологий и «умных» материалов для современной индустрии.
Речь идет о компьютерном дизайне, синтезе новых материалов и их исследований с последующей обратной связью для корректировки расчетов и методик синтеза, выяснения их функциональности в таких областях, как нано- и микроэлектроника, фотоника, плазмоника, поляритоника, спинтроника, магноника, экситоника, фононика, фотовольтаика, а также биомедицина (импланты, средства доставки препаратов) и машиностроение («умные» материалы).
Запросы реального сектора экономики обеспечиваются прикладными исследованиями по разработке нанокомпозитных материалов нового поколения для авиационной, автомобильной и других отраслей промышленности. Для решения этих задач создана уникальная инфраструктура.
Ключевые партнеры КФУ: более двух десятков университетов и международных исследовательских центров, среди которых РИКЕН, Окинавский институт наук и технологий (Япония), Университет Инсбрука (Австрия), Национальный университет Чиао Тунг (Тайвань), Университет Аальто (Финляндия), Институт физики твердого тела РАН (Черноголовка), Институт высокомолекулярных соединений РАН, Институт синтетических полимерных материалов РАН, «Нанотехнология МДТ» (Зеленоград), высокотехнологичные предприятия России и Татарстана.

Нефтедобыча, нефтепереработка и нефтехимия
Цель Казанского университета в данном направлении - стать к 2020 году мировым центром принципиально новых технологий разработки запасов на базе имеющихся полигонов:
- технологии частичной переработки и добычи «нетрадиционных» углеводородов in situ (гидроразрыв и каталитическое термохимическое воздействие) для разработки запасов более 20 млрд тонн в Волго-Уральском регионе и более 100 млрд тонн Баженовской свиты в Западной Сибири; в перспективе - для разработки газогидратов на шельфах;
- технологии контроля и управления процессами разработки «нетрадиционных» запасов с применением скважинных, наземных и аэрокосмических аппаратно-информационных комплексов;
- разработки новых высокоэффективных катализаторов для нефтехимической промышленности.
Технологии будут созданы на базе:
- Центра превосходства в области моделирования резервуаров нефти и газа;
- международной лаборатории исследования внутрипластового горения;
- международной лаборатории исследования сложно построенных «нетрадиционных» коллекторов и ресурсов углеводородов;
- Центра исследований в области катализа и нефтехимии.
Ключевые партнеры КФУ: Имперский колледж Лондона, Швейцарская высшая школа Цюриха, Техасский университет в Остине, Стэнфордский университет, Университет Калгари, Университет Альберты и еще 16 университетов Франции, Германии и США, более 20 университетов и институтов РАН в России, компании «Шлюмберже», «Везерфорд», ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Татнефть», ОАО «Лукойл» и еще 26 независимых нефтяных компаний.
Инфокоммуникационные и космические технологии
К 2020 году приоритет в развитии получат такие направления исследований, как визуализация и автоматизация интеллектуальной деятельности, высоконагруженные системы, большие базы данных, компьютерное моделирование выработки месторождений нефти и газа, электронные услуги, супервычисления, защита информации, интеллектуальный анализ данных в области хемо- и биоинформатики, метеорная криптография.
Крупным сектором исследовательской работы станут космические технологии в рамках деятельности Центра превосходства в области космических исследований и технологий, в задачи которого входит изучение ближнего и дальнего космоса, участие в международных космических проектах (INTE-GRAL и PLANK, SRG по отождествлению внегалактических источников и скоплений галактик).
Для исследований задействованы радиофизический, геодезический и геофизический полигоны, Международный научно-образовательный центр гравитации, астрофизики и космологии, лаборатории, созданные совместно с ведущими зарубежными компаниями Agilent, Microsoft, Samsung, Cisсo и другими.

Развитие общества, межкультурные коммуникации и современные образовательные технологии
В Институте сравнительных исследований модернизации обществ КФУ - одном из 35 центров Евросоюза в мире - осуществляются исследования мегасобытий, культурной памяти, иммиграционной политики и практик на постсоциалистическом пространстве, проблем европейской интеграции и отношений России и ЕС.
Кроме того, в рамках этого направления КФУ реализует этносоциальные, этнополитические, феноменологические и филологические исследования социальных и религиозных практик в условиях уникального поликонфессионального и полиэтнического региона; востоковедческие, тюркологические исследования в условиях постглобализации; дискурсы умеренного ислама в условиях «северного фронтира».
Ключевые партнеры в этой области: Национальный институт образования (Сингапур), Международный институт педагогических исследований (Германия), Международный институт образования (США), Университет Техаса в Эль-Пасо (США), Университет Портсмута (Великобритания), Университет Бирмингема (Великобритания), Университет Гиссена (Германия), Хельсинкский университет (Финляндия), Фрайбургский университет (Германия), Российская академия наук, Московский государственный университет, Санкт-Петербургский государственный университет, Российская академия образования, НИУ «Высшая школа экономики».