Научным направлением кафедры теплоэнергетических систем является «Энергоэффективные технологии в источниках, системах трансформации и хранения тепловой энергии». По данному направлению за последние 10 лет реализовано более 50 проектов по модернизации теплоисточников, тепловых сетей, теплопотребляющих установок. Кафедра связана со многими ведущими российскими и мировыми учебными центрами (МЭИ, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, университет науки и технологий Цзянсу и др.).
На базе кафедры успешно функционирует учебно-научный центр «Мордовский центр энергосбережения» в составе которого находятся Экспертная организация в области РИЭР, Энергоаудиторская организация, 2 учебно-научные лаборатории «Автономные источники энергоснабжения и электротрансмиссии» и «Импульсные системы тепло-и водоснабжения». Центр неоднократно становился победителем в республиканских программах (Разработка схем теплоснабжения ГО Саранск, Рузаевки и др., водоснабжения и водоотведения г.о. Саранск и половины районов Республики Мордовия). По программам повышения квалификации в области энергосбережения и энергоэффективности в центре прошли обучение более 300 человек.  
На базе указанных лабораторий проводятся фундаментальные и прикладные исследования магистрантами и аспирантами в области теплоэнергетики с использованием импульсных технологий. Импульсные технологии в теплоэнергетике под руководством профессора Левцева А.П. успешно развиваются в последние 10 лет. За это время получено более 70 патентов на изобретения и полезные модели. Патенты на изобретения и полезные модели за последние 5 лет неоднократно становились победителями республиканских конкурсов «Инженер года» (2015, 2018, 2021). Проекты в области импульсных технологий становились победителями различных грантов, в том числе и Президента Российской Федерации, РФФИ №18-48-130008/18 «Система отопления здания с улучшенной эффективностью теплопередачи отопительных приборов» и др. Учебно-научный   центр «Мордовский центр энергосбережения», активно занимается вопросами энергоэффективности и энергосбережения в регионе и за его пределами. В последние годы сотрудники центра активно занимаются такими технологиями, как рекуперация отработанного тепла и энергоэффективное использование ТЭР. Предложен способ создания пульсирующей циркуляции теплоносителя разработаны схемные решения и оборудование (двухконтурный мембранный насос, распределитель потока). Разработан новый замкнутый термодинамический цикл периодического действия для тепломеханического привода мембранного насоса, в котором последовательно реализуются три процесса: изохорное нагревание и испарение рабочего вещества; адиабатическое совершение работы; изобарная конденсация. На базе данного цикла разработана методика построения и расчета замкнутого термодинамического цикла периодического действия. Методика позволяет рассчитать оптимальный тепломеханический преобразователь привода мембранного насоса на основе коэффициента трансформации, который представляет собой отношение удельной работы сжатия мембранного насоса к удельной нагрузке испарителя. Методика апробирована на пяти рабочих веществах. В новой программе развития университета Приоритет 20/30 согласно утвержденной дорожной карты кафедра теплоэнергетических систем до 2025 года должна реализовать 6 пилотных проектов с использование импульсных (пульсирующих) технологий, в том числе проект по охлаждению конденсатора турбины на одной из Нижегородских ТЭЦ, проект теплоутилизатора на котельной №3 г. Спасска, Пензенская область.